南理工傅佳骏/南林徐建华/南大蒲殷合作《Mater. Horiz.》：室温快速自修复可拉伸柔性透明电磁屏蔽材料

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柔性光电器件(Flexible and optical electronics, FOEs)是一项多学科高度融合的技术，能够突破传统电子器件应用场景的限制，能够在伸缩，扭转、弯折等动态运动场景下展现出前所未有的功能特性和适应性，为仿生、柔性传感、柔性储能、柔性显示等领域带来了巨大的发展机遇，为新时代器件集成、技术革新提供创新引领。而随着柔性电子器件的高度集成化和小型化，如何在不影响器件功能的情况下屏蔽外部电磁（EM）辐射干扰也成为一项亟待解决的难题。集成在FOE中的透明电磁屏蔽材料是一类可行的方案，而由于在需要在各种变形的动态场景中长期使用，难以避免的会遭受磨损，从而对器件功能产生不良影响，因而材料的柔韧性和自愈能力也至关重要。

受生物组织能够自主恢复损伤的启发，众多科研工作者们致力于赋予人工合成聚合物自/可修复的能力。然而已经开发出的自/可修复材料多限于修复材料的机械性能，对材料的功能损伤无能为力。可通过向自修复聚合物材料中掺杂刚性无机填料（如MXene、石墨烯、碳纳米管、氮化硼纳米片等）来实现材料的多功能化，然而，大量的刚性填料抑制了聚合物分子链的动态性，大大降低了材料的修复速度和修复效率，限制了功能自修复材料的应用。

为了在多种变形场景下正常发挥功能，理想的材料除了应具备良好的柔韧性，室温下的修复速率也极为重要，且应具有抗拒已经产生的裂纹及缺口继续延伸的能力，从而使得材料在频繁变形的过程中仍能有效恢复损伤。为此，南京理工大学化工学院傅佳骏教授与南京林业大学化学工程学院徐建华副教授和南京大学电子科学与工程学院蒲殷副教授合作，从分子设计的角度出发，以柔韧性较好的聚二甲基硅氧烷为基础，采取打破结晶，激活硬相氢键的策略，将两种低透明度的聚合物转变成具有高透明度的聚脲弹性体，同时大大提高其室温自修复效率。制备的材料能在10 min内完全修复机械性能，柔性优异（杨氏模量低于1 MPa）。此外，该材料还具有极高的透明度（>94%）和优异的抗撕裂性能（>800%），为该材料在FOE中的应用提供了可能。基于上述特性，研究团队将银纳米线渗流网络半嵌入该弹性体表面，最终获得的材料拥有超过60%的透明度，即使在拉伸50%应变时，仍具有超过20dB的EMI 屏蔽效果。得益于聚合物分子链的高动态性和银纳米线渗流网络独特的半嵌入结构，分子链运动时，也能带动银纳米线渗流网络运动，使得受到损伤的银纳米线网络搭接出新的导电通路，从而赋予了材料电磁屏蔽功能快速自修复的特性。

图1.自修复可拉伸透明电磁屏蔽复合材料制备策略

PDMS-MPI-HDI分子链中MPU单元和HDU单元无规排布，聚合物分子链松散堆积，打破了结晶行为，在DSC中未发现结晶峰，样品呈无色透明状态，透明度高于94%。向PDMS-MPI-HDI表面半嵌入一层银纳米线渗流网络后，复合材料在具备导电能力的同时，仍然保持透明。

图2 Ag NWs/PDMS-MPI-HDI的电磁屏蔽功能修复展示

破损的银纳米线渗流网络能在分子链运动的带动下，重新搭接出导电通路，实现电磁屏蔽功能的自修复，在室温下修复60 min后，复合材料表面划痕可基本消除。即使是在拉伸状态下，受损材料上的缺口也没有进一步扩展，在恢复形变后，其电磁屏蔽效率仍能恢复如初。

相关成果以“An Autonomously Ultrafast Self-Healing, Highly Colorless, Tear-Resistant and Compliant Elastomer Tailored for Transparent Electromagnetic Interference Shielding Films Integrated in Flexible and Optical Electronics”为题，发表在材料化学领域权威期刊《Material Horizons》上，论文第一作者为南京理工大学孙扶瑶博士，南京理工大学傅佳骏教授、南京林业大学徐建华副教授和南京大学蒲殷副教授为论文通讯作者。南京林业大学黄超伯、熊燃华教授积极参与了论文的指导工作。

全文链接：

https://doi.org/10.1039/D1MH01199E

实验室主页：

https://www.x-mol.com/groups/nfu-ugent

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