港中深朱世平、朱贺团队JMCA: 高拉伸、可回收、抗撕裂的导电有机凝胶

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可拉伸的柔性导电材料极大的促进了柔性电子器件和相关产品的发展，如柔性传感器、人造皮肤、电容器和可穿戴设备等。导电凝胶的发展为可拉伸导体带来了新的机遇。但是，为了赋予凝胶一定的导电性，往往会向体系中引入填料，如石墨烯、碳纳米管等，这会造成凝胶拉伸性能的降低同时也会引发相容性等问题。另外，在凝胶制备过程中，通常需要引入化学交联作为支撑框架，这使得凝胶材料的回收利用成为了很大的问题。除此之外，凝胶的抗撕裂性能一般较差（即断裂能较低），一旦出现缺口，裂纹就会迅速扩展。基于上述问题，香港中文大学（深圳）理工学院朱世平和朱贺团队通过简易的聚丙烯腈肟化反应制备了具有高拉伸、抗撕裂和可回收性质的导电有机凝胶（图1）。

图1. 聚丙烯腈偕胺肟化反应和有机凝胶制备过程。

首先，作者对凝胶相关的力学性能和回收性能进行了表征（图2），发现相对于原始脆性的聚丙烯腈材料，该凝胶在有机溶剂分子的润滑下展现了较好的拉伸性能（拉伸形变~800%）。同时，由于凝胶的成型仅依赖于大分子链的物理缠结，这使得凝胶在溶剂化作用下可重复加工利用。此外，由于大量氢键的存在，该有机凝胶展现了优异的抗撕裂强度（断裂能~12.92 kJ m^-2）。

图2. 凝胶相关的力学性能和回收制备过程。

之后，通过电化学阻抗谱和元素分析等表征，发现了偕胺肟基盐酸盐的生成，这使得凝胶具有良好的导电性。接着，作者对有机凝胶在传感方面的应用进行了测试，发现该材料在不同形变的刺激下均展现了良好的电学响应性能，并且在循环拉伸过程中，能维持稳定。最后，作者将凝胶应用在计步器方面，展现了该材料实际应用的可能性（图3）。

图3. 凝胶的导电性能和相关的传感性能。

该研究成果“Highly Stretchable, Recyclable, Notch-insensitive, and Conductive Polyacrylonitrile-Derived Organogel” 近期发表在 Journal of Materials Chemistry A上，香港中文大学（深圳）理工学院博士生郭西伟为论文第一作者，通讯作者为香港中文大学（深圳）理工学院研究助理教授朱贺博士。该工作得到了香港中文大学（深圳）朱世平教授的指导与大力支持。

论文链接：

https://doi.org/10.1039/D0TA08168J

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