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中科院長春應化所韓艷春團隊 AFM：彈性體基體中構建連續共軛聚合物網絡 - 實現高拉伸性與高電學性能兼得

2025-03-25 來源：高分子科技

柔性電子器件在醫療植入、電子皮膚和可穿戴設備等領域潛力巨大，但其核心材料需兼具優異的機械柔韌性與穩定的電學性能。然而，傳統高遷移率共軛聚合物材料脆性高、拉伸時載流子遷移率驟降。如何破解這一矛盾，成為學界難題。

中科院長春應化所韓艷春團隊在《Advanced Functional Materials》發表最新研究，提出了一種創新策略——通過熱旋涂調控溶液態聚集與成膜動力學，在彈性體基體中構建連續共軛聚合物網絡。該工作以PDPPT3/SEBS共混體系為模型，利用高溫（130°C）減弱共軛聚合物鏈間作用力，促使溶液中小尺寸聚集體的形成。在快速成膜過程中，這些小聚集體通過增強的鏈運動迅速擴展為連續網絡，同時抑制了大尺寸相分離，最終形成“三明治”垂直相分離結構（PDPPT3富集層位于薄膜上下表面）。具有納米限域效應的小尺寸相分離結構大幅提高了力學性能：優化后的薄膜斷裂應變高達177%，遠超純共軛聚合物材料（<10%）；連續共軛聚合物網絡保障了電學性能：拉伸至100%應變時，遷移率仍保持1.11 cm² V^-¹ s^-¹，循環拉伸500次后仍穩定在0.99 cm² V^-¹ s^-¹。

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技術突破

團隊通過光譜、原子力顯微鏡AFM和同步輻射GIWAXS、GISAXS表征，揭示了高溫溶液態共軛聚合小尺寸聚集體的形成機制，以及成膜過程中快速動態組裝對網絡結構的促進作用；表征了拉伸下薄膜的形貌變化，建立了共軛聚合物彈性體體系的共混形貌-可拉伸性-性能之間的關系，該策略為共混體系形貌控制提供了新思路，助力高性能柔性電子材料的開發。
此項研究不僅為可拉伸半導體材料設計提供了理論指導，更為電子皮膚、柔性傳感器和可穿戴能源器件等領域的實際應用奠定了材料基礎。未來，通過進一步優化聚合物結構與工藝條件，有望推動柔性電子技術的產業化進程。文章第一作者為博士生左佳明。

原文鏈接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202424785

下載：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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（責任編輯：xu）

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