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【材料】Nano Lett.：高强高韧聚合物摩擦电材料

时间：2024-04-02 来源： 浏览：

【材料】Nano Lett.：高强高韧聚合物摩擦电材料

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具有优异力学性能的柔性聚合物材料对于航空航天、生物工程和可穿戴传感等领域的应用具有重要意义。然而，由于强度和韧性之间相互排斥的控制机制，增加了在聚合物材料中实现理想力学性能组合的难度。导致了力学性能调控难的问题，极大限制了柔性聚合物材料在多种领域中的实际应用。尤其对于摩擦电式可穿戴传感，协调好摩擦电材料的强韧性能平衡，解决自供电传感器机械性能与用户的高度适配，是实现宽范围机械作用力响应的关键。
近日， 王双飞 院士团队 聂双喜 教授课题组 基于致密晶体交联设计构筑了高强高韧聚合物摩擦电材料 ，相关工作发表在 Nano Letters 上。以聚乙烯醇为基材，通过离子特异性效应诱导结晶域生成，制备了一种兼具高韧性和高强度的摩擦电聚合物材料。致密晶体交联的构建增加了网络结构的能量耗散能力，摩擦电聚合物材料展现出58.0 MPa的拉伸强度，98.8 MJ m -3 的韧性，416.7%的断裂伸长率，以及545.0 MPa的模量。摩擦电材料被用于构建可穿戴自供电设备，实现了人体不同关节处运动状态的实时反馈。

图1. 聚合物摩擦电材料的设计策略

图2. 离子浓度对材料力学性能和摩擦电性能的影响

图3. 离子类型对材料力学性能和摩擦电性能的影响

图4. 力学性能和摩擦电性能的调控机制

图5. 传感器的结构设计和应用
综上，该项研究通过离子特异性诱导结晶域生成制备了一种力学性能可调的聚合物摩擦电材料。利用密集结晶域的构建实现了高强度和高韧性的平衡。通过改变离子的类型和浓度，可以在大范围内调节聚合物摩擦电材料的力学性能。具体而言，拉伸强度从11.8到58 MPa，韧性从3.4到198.8 MJ m -3 ，断裂伸长率从55.1%至416.7%，模量从34.6至545.0 MPa。基于聚合物摩擦电材料的TENG表现出对人体运动信号的实时监测能力。该研究为具有灵活性、高性能和人性化特性的可穿戴电子产品设计提供了灵感。
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：
High Strength and Toughness Polymeric Triboelectric Materials Enabled by Dense Crystal-Domain Cross-Linking
Chenchen Cai, Xiangjiang Meng, Lixin Zhang, Bin Luo, Yanhua Liu, Tao Liu, Song Zhang, Jinlong Wang, Mingchao Chi, Cong Gao, Yayu Bai, Shuangfei Wang, and Shuangxi Nie*
Nano Lett. , 2024 , 24 , 3826–3834, DOI: 10.1021/acs.nanolett.4c00918

导师介绍
王双飞
https://www.x-mol.com/university/faculty/338323
聂双喜
https://www.x-mol.com/university/faculty/338324
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