东华大学叶长怀/廖耀祖ACS AMI：基于生物可再生原料制备高电导率水性导电油墨用于电磁屏蔽、焦耳加热和应变传感

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导电油墨主要由导电粒子（如金属或碳基颗粒）和溶剂介质组成，作为柔性电子和可穿戴电子器件的一种重要基础原料，已被报道广泛用于能量存储、电磁 屏蔽、焦耳加热等领域。然而，传统导电油墨往往存在与基底结合力弱、导电粒子分散需要使用大量有机溶剂、电导率不够高等问题，限制了其在很多领域的进一步应用。

近日，东华大学朱美芳院士团队叶长怀、廖耀祖研究员基于生物可再生原料壳聚糖（chitosan）与二元酸在水中形成生物基有机盐溶液，与银纳米线复合制备了一系列超高电导率的水性导电墨水（图1），为绿色制备高电导率、高耐久性导电复合涂层提供了一种通用方法。

图 1 SA-chitosan生物基有机盐、导电墨水、导电涂层的制备流程图

水性的生物基SA-chitosan有机盐涂层在简单的加热后形成高度交联的网络结构，赋予导电复合涂层良好的耐热和耐溶剂性，使其有望在恶劣环境中使用。导电粒子AgNW 嵌入高度交联的SA-chitosan聚合物基体中，该聚合物基体一方面隔绝导电粒子与外界环境的接触减缓AgNW的氧化（图2），另一方面可增强与基底材料的粘附力，如在反复剥离试验后仍保持优异的电导率（图3）。

图 2. 导电复合涂层的电导率及耐高温、耐有机溶剂特性

图 3. 导电涂层抗反复弯曲、折叠、剥离特性

由于导电复合涂层超高的电导率，厚度仅为 10 μm 的 SA-chitosan/AgNWs 涂层具有 高达73.3 dB 电磁屏蔽 (EMI) 效能（图4）。他们将这种导电油墨用来制备功能性导电织物，这种织物表现出优异的电磁屏蔽（图5）、焦耳加热（图6）和应变传感性能（图7）。这种简单、绿色方法制备的高导电墨水有望成为潜在的大规模制造柔性和可穿戴电子器件的重要候选材料。

图 4. 导电涂层的电磁屏蔽性能表征

图 5. 导电织物的电磁屏蔽特性

图 6. 导电织物的焦耳加热特性

图 7. 导电织物的应变传感特性

相关成果以“Biomass-Derived, Highly Conductive Aqueous Inks for Superior Electromagnetic Interference Shielding, Joule Heating, and Strain Sensing”为题，发表在ACS Appl. Mater. Interfaces（doi.org/10.1021/acsami.1c17170）上。东华大学21级硕博连读生王悦为该论文的第一作者，东华大学廖耀祖研究员和叶长怀研究员为本论文的共同通讯作者。感谢国家自然科学基金 (51903046，52073046，51873036，U20A20257)、上海市科委（20JC1414900，20JC1414901）的联合基金、上海市优秀学术带头人计划（21XD1420200）、上海市曙光计划（19SG28）、上海市自然科学基金（19D3859）以及先进纤维与材料国际联合实验室等的资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1021/acsami.1c17170

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