【48812】《AFM》：具有应变增强导电性的三维可拉伸液态金属弹性体复合资料

时间: 2024-07-12 14:32:44 |   作者: 家居及玩具

　　可穿戴电子设备的鼓起及其在生物医学设备和软机器人技能中的使用促进了人们对开发可拉伸经用导体的极大爱好。为增强柔软性和可拉伸性，现在的导体采用了具有波浪形结构的低维刚性资料，如金属纳米线、纳米薄膜、碳纳米管和石墨烯片。经过在裂缝前沿引进额定的能量耗散机制，经过填充硬质颗粒的聚合物来进步耐性的尽力已初见成效。现在的可拉伸导体一般由注入刚性导电填料的弹性复合资料组成，其拉伸性和耐久性有限，而且跟着拉伸导电性下降。这些局限性阻止了它们在可拉伸电子设备和软机器中作为互连器材、传感器和致动器等重要组件的潜在使用。

　　来自南边科技大学和美国宾夕法尼亚州立大学帕克分校的学者开发了一种立异的弹性复合资料，它结合了液态金属（LM）的三维网络，具有优异才能的拉伸性、经用性和导电性。力学模型阐明晰相互连接的三维液态金属结构怎么赋予复合资料柔软性和可拉伸性，使其可接受高达 500% 的拉伸应变而不会开裂。3DLM 网络比较来说较低的外表体积比约束了氧化层在循环拉伸过程中的重整，然后有助于下降永久应变和进步经用性。此外，三维结构有利于裂纹钝化和应力涣散，来提升了抗开裂性，一起建立了接连的导电通道，以此来完成了高导电性。有必要留意一下的是，在大幅拉伸过程中，3DLM 复合资料的导电性会跟着应变的添加而添加，然后突出了其应变增强导电性。与其他以0D LM 液滴为特征的 LM 复合资料比较，3DLM 复合资料具有杰出的功能。相关作业以题为“3D Highly Stretchable Liquid Metal/Elastomer Composites with Strain-Enhanced Conductivity”的研讨性文章宣布在Advanced Functional Materials。

　　图 1. LM 弹性体复合资料的拉伸测验成果。 a-c) 0DLM 复合资料在 0%、200% 和 400% 应变下的光学图画。比例尺：50 µm：d,e) 3DLM复合资料在0%、200%和400%应变下的显微CT图画。g,h) 0DLM（g）和 3DLM（h）复合资料在循环加载下的应力-应变曲线. a) 未填充的纯弹性体和 LM 复合资料在不同拉伸状态下的弹性模量。b) 不同体积/外表比的 LM 夹杂在不同拉伸状态下的永久应变。

　　图 3. a) 纯弹性体、b) 0DLM 复合资料和 c) 3DLM 复合资料缺口样品的纯剪切撕裂试验，显现裂纹顶级变钝和裂纹运转途径。d) 0DLM 复合资料裂纹顶级形状的光学图画，显现 LM 液滴的伸长和摆放，以及裂纹顶级前呈现的空地。e) 180% 应变时 3DLM 复合资料裂纹顶级周围的 Micro-CT 3D 重建结构，显现 LM 骨架沿榜首主应力方向摆放。g-i) 纯弹性体（g）、0DLM（h）和 3DLM（i）复合资料裂纹顶级周围的应力会集。

　　总归，本研讨的试验特性标明，与 0DLM 复合资料比较，3DLM 复合资料的杨氏模量更低、永久应变更小、导电率更高。本研讨的力学剖析标明，差异源于氧化层的体积分数。依据扩展的埃舍尔比理论，外表张力效应会影响模量，这也是 3DLM 复合资料杨氏模量较低的原因。氧化层的重复开裂和重整是 LM 复合资料非弹性变形的原因。3DLM 复合资料中氧化层的体积分数比较来说较低，这也是循环拉伸下永久应变较低的原因。此外，LM复合资料的明显耐性可归因于 LM 内含物的裂纹顶级钝化、应力涣散和自适应形状改变。在 0DLM 复合资料中，开裂途径偏移是一种额定的能量耗散机制，这也是其开裂能高于3DLM 复合资料的原因地点。（文:SSC）

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