新加坡大学研发PLA复合材料，伸长率提高24倍，韧性提高15倍！

在这个技术不断进步的社会里，电子设备已成为全球数字化经济的主要驱动力之一，它在健康护理，机器人，外科修复和健身锻炼等各个领域均显示出巨大的作用和增值潜力。然而，目前电子器件的主要基质是以石油为来源的聚合物，这种聚合物的广泛使用已经严重污染了我们的环境，并威胁到我们自然资源的可持续性。据估计，到2050年，我们的垃圾填埋场将不得不处理近1亿吨的电子器件废弃物。因此，积极开发绿色电子设备成为应对这一问题的最实际和最可持续的解决方案之一。

各种具有潜力的生物基材料已经被广泛报道，目前常见的种类包括三个：

1.不可生物降解的合成聚合物，如聚乙烯醇(PVA)，聚(二甲基硅氧烷)(PDMS)；

2.可生物降解的合成聚合物，如聚(甘油-癸二酸酯)(PGS)，聚乳酸-共乙醇酸(PLGA)；

3.天然聚合物，如纤维素，丝绸，紫胶和明胶。

其中，聚乳酸(PLA)和聚羟基丁酸酯(PHB)是两种常见的可生物降解聚合物，它们具有与商品聚合物相当的生物特性和力学性能，但其固有的脆性和低韧性等缺点限制了它们在有机电子设备中的应用，例如需要一定柔韧性的有机场效应晶体管（OFET）和生物可吸收的电容器。无可否认的是，目前这些有价值的可生物降解聚合物在绿色电子设备领域的价值被大大低估了。

此前关于PLA的研究大多是围绕着增强其柔韧性方面展开的，一般是通过将PLA与其他弹性聚合物进行物理共混、共聚或直接并入弹性体对应物内。但遗憾的是，大多数研究结果显示材料韧性的提升往往是以强度和刚度的大幅降低为代价的，这些研究均无法充分展现PLA的巨大潜力。有鉴于此，开发一种具有可降解性、理想的强度以及能够承受各种复杂的形状变化（如扭曲、弯曲、折叠和拉伸）的绿色耐用生物复合材料将是未来研究的重点领域，该种材料的成功制备将为在电子皮肤、假肢、机器人、健康监测和生物医学设备等应用领域中提供更多可能性。

近日，新加坡国立大学材料科学与工程系Chaobin He团队通过加入多功能聚羟基丁酸酯橡胶共聚物填料开发了第一种完全可弯曲和延展的增韧聚乳酸(PLA)绿色复合材料。据报道，该填料包括一个刚性的聚羟基丁酸乙酯核心以及一个由ε-内酯和d-丙交酯(d-LA)组成的弹性橡胶段，它可以作为有效的成核剂加速PLA结晶，并作为动态增塑剂产生大量可移动的聚合物链节。

该团队合成的生物复合材料在伸长率和韧性方面分别提高了24倍和15倍，同时保持了>3 GPa的弹性模量。

机理研究表明，这种增韧效果是由于大量剪切屈服、银纹化和纳米空化在高密度PLA基体中的融合所致。在变形过程中，无数纳米空穴的结合和广泛相互连接的纤维桥的形成，使材料具有优异的延展性、出色的刚度，即使在180°弯曲后也表现出出色的机械稳定性。这种以PLA-PHB为基础的高强度、可塑性、可弯曲的绿色复合材料是第一个具有这种有趣特性的生物聚合物，该种材料必将在未来的绿色电子器件中显示出巨大的价值和潜力。

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