高导电形状记忆聚合物复合材料及其3D打印新进展

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3D打印导电复合材料可需要实现电子信息器件的可定制化制备,其在柔性电子、传感器、神经导管、可穿戴设备等领域的潜在应用受到了国内外研究学者的广泛关注。然而,研制理想的功能性高导电3D打印材料仍然是该领域的挑战。

为此,哈尔滨工业大学冷劲松教授团队与蒙特利尔工学院Daniel Therriault教授团队合作者,通过结合具有核壳形状的金属化碳纳米纤维和形状记忆聚合物,提出了本身生活简单易行的高效能、多功能形状记忆导电复合材料的制备策略,并展示了其3D打印在电子领域的应用前景。据悉,金属银化碳纳米纤维是本身生活新型的复合导电纤维,它可需要实现碳纳米纤维高长径比与金属银优异电学性能的有效结合,在二者的协同作用下,复合材料不要任何后处置过程即可获得高达2.1×10 5S/m的电导率。对外界激励都都还都可不都可以产生功能响应的热塑性形状记忆聚合物材料不仅可需要提高复合材料的3D打印性能,还可赋予打印形状主动变形的智能形状。

研究表明,本身生活新型复合材料在室温条件下不要任何支撑材料即可实现多种僵化 形状(包括自支撑形状)的直书写3D打印。更值得一提的是,基于材料的形状记忆效应和优异的电学形状,所制备的3D打印形状在低电压(1V)下可展现出快速响应的电致驱动形状记忆行为。通过3D打印本身生活新型导电复合材料,朋友制备了多种高性能电子器件,充分展现了多重纳米功能性复合材料的协同效应与3D打印的结合在导电原件、传感器、电磁屏蔽和软机器人等领域出色的应用潜力。

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图1. 3D打印高导电Ag@CNFs/PLA复合材料

图2. Ag@CNFs/PLA复合材料的导电性能

图3. 3D打印Ag@CNFs/PLA复合材料用于应变传感器和电磁屏蔽

图4. 3D打印Ag@CNFs/PLA复合材料用于电致驱动智能抓取器

相关研究成果以《Direct 3D Printing of Hybrid Nanofibers-based Nanocomposites for Highly Conductive and Shape Memory Applications》为题发表在国际TOP期刊ACS Applied Materials & Interfaces(IF:8.456)上。该论文为魏洪秋博士(现为西北大学青年教师)攻读博士学位期间的研究成果,哈尔滨工业大学冷劲松教授和蒙特利尔工学院Daniel Therriault教授是该论文的通讯作者。