华南理工AFM：直接弹性体基材表面上印刷制备自愈/坚固且可拉伸电极

近年来，基于弹性体基材的印刷电子产品已在可穿戴设备和软机器人等领域中得到广泛应用。然而，对于日常使用而言，印刷柔性电极的坚固性还需要满足其他要求，例如抗划伤/损坏的能力。因此，迫切需要开发出具有自愈合、机械强度和高拉伸性的稳定电极，同时具有挑战性。近日，华南理工大学Lan Liu、Song Chen和南开大学Zunfeng Liu教授研究团队通过使用PDMS作为软链段和动态脲键的交联聚脲，银纳米线（AgNW）用作涂层以印刷在自修复弹性体基材，从而制备了一种可自修复、坚固且可拉伸的电极。相关研究工作以题为“Self-Healing, Robust, and Stretchable Electrode by Direct Printing on Dynamic Polyurea Surface at Slightly Elevated Temperature”发表在国际顶级学术期刊Advanced Functional Materials (IF=16.836)上，引起了本领域的极大关注。

研究表明：由于在60℃时脲键的可动态交换特性，弹性体在保持宏观形状的同时展现出交联网络的动态交换。结果显示，当在60℃下进行涂覆或印刷时，AgNWs会部分嵌入弹性体基材的表面，形成牢固的界面粘合力。进一步研究表明，所获得的可拉伸电极表现出高机械强度和可拉伸性、抗刮擦/超声处理的能力以及自修复能力。同时，这种策略也可应用于包括AgNW、银颗粒和液态金属在内的各种不同的导电电极材料，这项工作为制备坚固、自愈的印刷电子产品提供了一种新方法。

a）具有嵌入式导电表面的自愈可拉伸电路的制备示意图。

b）PDMSOH1-DTB0.5/AgNWs电极的放大图。

c-d）PDMSOH1-DTB0.5/AgNWs膜的表面和横截面SEM图像。

e）将导电的AgNWs部分嵌入弹性体表面可提供很高的坚固性，可以抵抗严重的划伤（例如刮擦）并实现自修复。

f）PDMSOH1-DTBx的聚合物网络结构和反应物的分子结构。

a-c）切割后（a）和在60℃进行30分钟自愈后（b，c），立即获得PDMSOH1-DTB0.5的光学照片和SEM图像。

d）等压加载0.05 N力的PDMSOH1-DTBx样品的相对位移与DMA测量的温度升高的关系。

e）切割和自愈后，所制备的PDMSOH1-DTBx和这些样品的应力-应变曲线。

f）将PDMSOH1-DTBx的断裂强度和断裂应变与典型文献结果进行比较。

g）自修复过程中动态脲键和氢键的示意图。

a-d）通过在室温（a）和60℃（b）喷涂AgNWs的水分散体，喷涂后立即在60℃喷涂AgNWs的乙醇分散液（c），然后在60℃加热5分钟（d），在PDMSOH1-DTBx上制备的弹性导体表面的SEM图像。

e，f）使用Sylgard184作为流变学的对照，对PDMSOH1-DTBx样品的储能（G'）和损耗（G''）模量（e）和应力松弛测试结果（f）。

g）在60℃下浸泡在乙醇中的PDMSOH1-DTB0.5样品的压缩模量与压缩应变的函数关系。

h，i）永久性交联的Sylgard184（e）以及具有动态可交换键的PDMSOH1-DTBx上的AgNW涂层弱相互作用的示意图。

a）使用Sylgard184/AgNWs弹性导体作为对照，在循环拉伸/释放10％和30％应变的情况下，PDMSOH1-DTB0.5/AgNWs弹性导体的相对薄层电阻是循环次数的函数。

b）使用Sylgard184/AgNWs作为对照，对PDMSOH1-DTB0.5/AgNWs弹性导体进行超声处理时电阻增加。

c，d）Sylgard184/AgNWs（c）和PDMSOH1-DTB0.5/AgNWs（d）的划痕测试的SEM图像。

e-i）自愈前后PDMSOH1-DTB0.5/AgNW的照片（e-g）和SEM图像（h，i）。

j-m）演示了PDMSOH1-DTB0.5/AgNWs导体与玩具鱼一起在超声浴中的坚固性，并在切割后实现了自愈。

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