苏科大叶常青教授团队连发 AFM/Small: 液态金属-聚合物体系的开发和应用方面取得系列进展

2025-01-22 来源：高分子科技

近日，苏州科技大学叶常青教授、赵凯博士等人于2025年1月10日和1月16日分别以Liquid Metal Nanoparticle-Based Multifunctional Printable Electronics Enabled by Polymerizable Deep Eutectic Solvents 和Highly Conductive, Ultratough, and Adhesive Eutectogels with Environmental Tolerance Enabled by Liquid Metal Composites为题在Advanced Functional Materials和Small上发表了两篇最新研究论文。分别介绍如下：

AFM：基于液态金属液滴-可聚合低共熔溶剂的多功能可印刷电子器件

传统印刷技术和电子制造的独特结合，扩大了可打印电子技术在不同领域的应用。有趣的是，印刷器件通常具有低成本、重量轻、抗弯曲的特点，在先进的柔性电子领域具有广阔的前景。液态金属纳米颗粒（LMNPs）由于其高的导电率和流动性，以及与块状LM相比改进的润湿性，被认为是可打印电子产品的有前途的候选材料。然而，LMNPs的高表面张力和弱粘附性对其在不同基质上的简单图案化提出了巨大的挑战。

近期，苏州科技大学叶常青教授、赵凯博士等人利用α-硫辛酸（LA）/氯化胆碱（ChCl）可聚合低共熔溶剂（PDESs）为聚合物载体，以LMNPs为软导电填料，设计构筑了一类多功能可印刷电子器件的LMNP聚合物复合材料。相关成果以题为“Liquid Metal Nanoparticle-Based Multifunctional Printable Electronics Enabled by Polymerizable Deep Eutectic Solvents”发表于Advanced Functional Materials上。

具体而言，基于LA的开环聚合特性，提出并构建了全新的液态金属-可聚合DES体系，通过多种印刷方式（丝印、模版印刷、直写等）在不同基底上实现了图案化制备，展现出高导电、高粘附、可回收和在变形下稳定一致的电学性能。更重要的是，这些电子器件可以通过热处理很容易地溶解在乙醇中，并可以重新打印以供进一步使用，具有出色的可回收性。最后，进一步演示了它们在可拉伸传感器、共形电极和智能制动器等领域的应用。

图1 LMNP-PDES的制备和图案化过程的示意图

图2 LMNP-PDES的表征

图3 LMNP-PDES的印刷图案及回收利用

图4 LMNP-PDES的电学性能

图5 人体应用

图6 制动器

苏州科技大学材料科学与工程学院赵凯博士与赵彦博为共同一作，苏州科技大学叶常青教授为通讯作者。此研究工作得到国家自然科学基金项目、江苏省科学委员会优秀青年基金项目、江苏省自然科学基金项目-青年基金项目、青蓝工程，江苏省第五届333名高水平人才培训项目、江苏省六大人才高峰项目的资助支持。

论文信息：Kai Zhao^?, Yanbo Zhao^?, Jialin Wang, and Changqing Ye*. Liquid Metal Nanoparticle-Based Multifunctional Printable Electronics Enabled by Polymerizable Deep Eutectic Solvents. Advanced Functional Materials, 2025, 2424490. DOI: 10.1002/adfm.202424490. (IF=18.5)

论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202424490

Small：通过液态金属复合物实现具有高导电性、超韧性和粘性的耐环境低共熔凝胶

近年来，柔性可穿戴电子设备发展迅速，广泛应用于运动检测、医疗保健、人机交互等应用中。作为典型的软导体之一，导电水凝胶由于具有良好的导电性、柔韧性和生物相容性，在可穿戴电子设备的构建中具有极大的应用潜力。尽管目前已经成功开发出多种导电水凝胶材料，然而由于水凝胶中的高含水量，造成的脱水和冷冻问题对其环境稳定性构成了巨大的挑战。离子液体提供了一种有前景的方案解决凝胶的环境稳定性问题，但是离子液体通常制备工序繁琐，成本较为高昂。低共熔溶剂（DES）作为一种有前景的替代品，不仅成本低、制备简单，而且能为凝胶提供离子电导率和粘附性，同时具有良好的生物相容性和环境稳定性。同时，低共熔溶剂中富含的大量氢键也为凝胶提供了良好的自愈合性能，因此，基于低共熔溶剂制备的深共晶凝胶也由于其良好的环境稳定性能和成本效益成为了研究的热点。

图1 LPCA深共晶凝胶的制备和交联网络结构

近期，苏州科技大学材料科学与工程学院叶常青教授、赵凯博士等人通过将液态金属-聚噻吩复合材料（LMNP-PEDOT）分散于低共熔溶剂中，进一步引发丙烯酸聚合制备了新具有高导电性、超韧性和粘附性的耐环境液态金属双网络深共晶凝胶（LPCA）。这种共晶凝胶同时具有刚性的纤维素交联网络和韧性的聚丙烯酸交联网络，具有良好的机械性能。与传统的导电填料相比，液态金属-PEDOT复合材料作为导电填料具有良好的柔韧性，能够进一步增强深共晶凝胶的机械性能和导电性能。同时，低共熔溶剂的添加不仅能够赋予凝胶离子电导率增强其导电性能，还能为凝胶提供良好的抗干抗冻性能与自愈合性能。重要的是，LPCA深共晶凝胶在先进的运动传感中展示出了巨大的应用潜力，能够准确的检测人体关节的运动和面部微小表情的变化，具有较高的传感灵敏度和良好的循环稳定性。同时其还能够通过摩斯密码等方式传递信息和信号，在人机交互和信息传输等领域有着潜在的应用。该工作以“Highly Conductive, Ultratough and Adhesive Eutectogels with Environmental Tolerance Enabled by Liquid Metal Composites”为题发表在《Small》上。

图2 LPCA深共晶凝胶的结构表征和粘附性测试

图3 LPCA深共晶凝胶的机械性能测试

图4 LPCA深共晶凝胶的环境稳定性和自愈合性能测试

图5 LPCA深共晶凝胶的传感性能测试

图6 LPCA深共晶凝胶的应用研究

该工作是叶常青团队近期关于柔性电子材料的性能调控和功能性相关研究的最新进展之一。此外，凝胶和导电油墨等柔性电子材料的制备和性能研究一直是团队的重要研究方向之一，该团队目前已在这一领域发表了多篇相关研究论文。接下来团队将对柔性电子材料的制备和器件应用领域中进行更深入的探索与研究，欢迎关注。

论文信息：Jialin Wang, Kai Zhao*, Yanbo Zhao, and Changqing Ye*. Highly Conductive, Ultratough, and Adhesive Eutectogels with Environmental Tolerance Enabled by Liquid Metal Composites. Small, 2025, 2410806. DOI: 10.1002/smll.202410806. (IF=13)

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202410806

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（责任编辑：xu）

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