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  室溫液態(tài)金屬（鎵及其合金）是一類常溫下呈液態(tài)的金屬材料，因其兼具流體和金屬導(dǎo)體的性質(zhì)，近年來(lái)引起了研究人員的極大興趣。其中，液態(tài)金屬微納液滴可作為一種新型的功能性流動(dòng)填料添加到高分子材料中，形成液態(tài)金屬液滴-高分子復(fù)合材料。此類復(fù)合材料在柔性電子、電磁屏蔽、熱管理、健康醫(yī)療等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。另外一方面，近年來(lái)的微塑料、電子垃圾等環(huán)境問(wèn)題也引起了極大的關(guān)注。因此，從材料設(shè)計(jì)角度出發(fā)，探索可降解、可回收的環(huán)保型高分子復(fù)合材料較為迫切。近年來(lái)，深圳大學(xué)周學(xué)昌課題組在液態(tài)金屬液滴制備、復(fù)合材料與應(yīng)用、可回收循環(huán)利用等方面進(jìn)行了一些探索性研究工作，主要包括：采用聚乙烯醇作為瞬態(tài)封裝材料構(gòu)建了一種基于室溫液態(tài)金屬的瞬態(tài)可回收的環(huán)境友好型柔性電子（Adv. Funct. Mater., 2019, 1808739）；使用石墨烯包覆液態(tài)金屬液滴，制得一種具有高導(dǎo)電性的液態(tài)金屬液滴，并成功應(yīng)用于可活動(dòng)、可回收、可變形的軟接觸電極及運(yùn)動(dòng)方向監(jiān)控器件（Adv. Funct. Mater., 2018, 28, 1706277）。這些前期探索工作主要解決了宏觀尺度的液態(tài)金屬圖案和毫米級(jí)以上液態(tài)金屬液滴的回收利用問(wèn)題。然而，對(duì)于填充了微納尺度液態(tài)金屬液滴的復(fù)合材料，它的回收利用仍是一個(gè)挑戰(zhàn)性的問(wèn)題。

  近日，深圳大學(xué)周學(xué)昌課題組通過(guò)采用Diels–Alder(DA)動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵交聯(lián)的聚氨酯彈性體作為聚合物基底，以微納米液態(tài)金屬液滴作為功能性填料，制備了一種可回收的多功能柔性液態(tài)金屬?gòu)椥泽w復(fù)合材料（圖1）。

圖1. 液態(tài)金屬液滴聚氨酯彈性體復(fù)合材料的制備。

  由于微納米液滴是分散在高分子材料中，液滴之間是不連通的，因此該復(fù)合材料起初是電絕緣性的。文章提出了通過(guò)“機(jī)械訓(xùn)練”的方法，讓液滴間形成穩(wěn)定的連接通道，使材料獲得導(dǎo)電性，從而實(shí)現(xiàn)了從絕緣體到導(dǎo)體的轉(zhuǎn)變。經(jīng)過(guò)“機(jī)械訓(xùn)練”后的導(dǎo)體可經(jīng)受10000次的抗疲勞拉伸測(cè)試，且表現(xiàn)出優(yōu)異的電學(xué)穩(wěn)定性以及抗機(jī)械疲勞性。通過(guò)該方法還可以調(diào)控材料的區(qū)域?qū)щ娔芰�，從而設(shè)計(jì)出出各項(xiàng)異性導(dǎo)電材料。此外，DA鍵的動(dòng)態(tài)性質(zhì)以及液態(tài)金屬液滴的光熱轉(zhuǎn)化效應(yīng)賦予了該材料具有光致可焊性，可實(shí)現(xiàn)電路的重構(gòu)與修復(fù)。同時(shí)，利用DA價(jià)鍵可逆轉(zhuǎn)化的特點(diǎn)，該復(fù)合材料可以完全溶解在高溫溶劑中，釋放出液態(tài)金屬微納米液滴。再通過(guò)離心等方式可以分離出液態(tài)金屬微納米液滴。最后利用液態(tài)金屬液滴表面張力的可調(diào)控特點(diǎn)，微納米尺度液滴匯聚成宏觀尺度的液滴，從而實(shí)現(xiàn)了從復(fù)合材料中回收了微納米液態(tài)金屬液滴。

  該工作提出了一種制備可回收高性能的液態(tài)金屬?gòu)椥泽w納米復(fù)合材料的簡(jiǎn)單策略。該策略在環(huán)境友好型柔性電子、可穿戴電子、各項(xiàng)異性導(dǎo)熱導(dǎo)電材料等領(lǐng)域具有應(yīng)用前景。論文第一作者為深圳大學(xué)與韓山師范學(xué)院聯(lián)合培養(yǎng)博士后陳國(guó)康博士，通訊作者為深圳大學(xué)周學(xué)昌教授。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、廣東省基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金和深圳市深港創(chuàng)新圈聯(lián)合研發(fā)項(xiàng)目的資助。

  論文鏈接：

  Recyclable, weldable, mechanically durable, and programmable liquid metal-elastomer composites

  Journal of Materials Chemistry A, 2021, DOI:10.1039/D0TA11403K.

  https://doi.org/10.1039/D0TA11403K