中科院长春应化所韩艳春团队 AFM：弹性体基体中构建连续共轭聚合物网络 - 实现高拉伸性与高电学性能兼得

2025-03-25 来源：高分子科技

柔性电子器件在医疗植入、电子皮肤和可穿戴设备等领域潜力巨大，但其核心材料需兼具优异的机械柔韧性与稳定的电学性能。然而，传统高迁移率共轭聚合物材料脆性高、拉伸时载流子迁移率骤降。如何破解这一矛盾，成为学界难题。

中科院长春应化所韩艳春团队在《Advanced Functional Materials》发表最新研究，提出了一种创新策略——通过热旋涂调控溶液态聚集与成膜动力学，在弹性体基体中构建连续共轭聚合物网络。该工作以PDPPT3/SEBS共混体系为模型，利用高温（130°C）减弱共轭聚合物链间作用力，促使溶液中小尺寸聚集体的形成。在快速成膜过程中，这些小聚集体通过增强的链运动迅速扩展为连续网络，同时抑制了大尺寸相分离，最终形成“三明治”垂直相分离结构（PDPPT3富集层位于薄膜上下表面）。具有纳米限域效应的小尺寸相分离结构大幅提高了力学性能：优化后的薄膜断裂应变高达177%，远超纯共轭聚合物材料（<10%）；连续共轭聚合物网络保障了电学性能：拉伸至100%应变时，迁移率仍保持1.11 cm² V^-¹ s^-¹，循环拉伸500次后仍稳定在0.99 cm² V^-¹ s^-¹。

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技术突破

团队通过光谱、原子力显微镜AFM和同步辐射GIWAXS、GISAXS表征，揭示了高温溶液态共轭聚合小尺寸聚集体的形成机制，以及成膜过程中快速动态组装对网络结构的促进作用；表征了拉伸下薄膜的形貌变化，建立了共轭聚合物弹性体体系的共混形貌-可拉伸性-性能之间的关系，该策略为共混体系形貌控制提供了新思路，助力高性能柔性电子材料的开发。
此项研究不仅为可拉伸半导体材料设计提供了理论指导，更为电子皮肤、柔性传感器和可穿戴能源器件等领域的实际应用奠定了材料基础。未来，通过进一步优化聚合物结构与工艺条件，有望推动柔性电子技术的产业化进程。文章第一作者为博士生左佳明。

原文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202424785

下载：Continuous Conjugated Polymer Network in Elastomer Matrix Arising from Solution-State Aggregation and Film-Forming Dynamics Favoring Mechanical and Electrical Properties

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（责任编辑：xu）

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