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Adv. Mater. || 用于可拉伸介電材料的液態金屬彈性體納米復合材料

2019-04-29 09:59:06 作者：本網整理來源：材料前沿科技分享至：

可拉伸的高介電常數材料對于可穿戴計算和軟機器人等新興領域的電子應用至關重要。開發這些軟材料體系的常用策略是將無機填料混合成軟有機聚合物，得到的復合材料將聚合物基質的機械性能與無機分散相的電學和熱學性質相結合。然而，這種方法的一個限制是，以提高的電或熱性能所需的高濃度的填料往往會導致在聚合物的機械性能的劣化，并導致所述復合變得更僵硬和較小的彈性。目前，已經用共晶鎵（EGaIn）微粒化液滴（直徑≈2-50μm）的多分散懸浮液合成了液態金屬嵌入彈性體（LMEE）。在對比剛性無機粒子-例如，銀粉末，碳納米管，鈦酸鋇和其它金屬，碳或陶瓷顆粒-這些EGaIn液滴隨周圍的聚合物自由變形，對彈性順應性和應變極限的影響有限。

美國Carnegie Mellon University的Carmel Majidi課題組報告了一類可拉伸的LM-彈性體納米復合材料，并研究了LM夾雜物對這些復合材料的介電和機械性能的尺寸效應。通過增強介電彈性體致動器和能量采集傳感器的性能，證明了LM-彈性體納米復合材料在軟機和電子設備中的獨特使能特性和實用性。

▲圖1.LM彈性體復合材料以及包含不同直徑填料下的復合材料的介電擊穿強度和機械應變

▲圖2.LM-彈性體復合材料的介電性能。

▲圖3.LM-彈性體復合材料的力學性能。

▲圖4.LM-彈性體納米復合材料的演示。

在本工作中，作者報道了一類具有獨特的力學和介電性能與軟性多功能材料結合的LM-彈性體納米復合材料。將這些粒徑為100nm的納米復合材料與含有0（1μm）和O（10μm）直徑填料的復合材料進行了性能比較，研究了LM填料尺寸對復合材料性能的影響。具有較大LM包裹體的LM-彈性體復合材料，即O（10μm）的直徑，隨著LM體積分數φ的增加，其介電擊穿強度明顯降低。相比之下，含有O（1μm）-和O（100 Nm）尺寸包裹體的LM-彈性體復合材料在電子束中表現出更穩定的線性下降。還觀察到LM夾雜以保持聚合物基體的應變極限（即延展性），這與線彈性斷裂力學的原理是一致的。雖然在初試件的初始載荷中觀察到了Mullin效應，但LM-彈性體復合材料一般表現出較高的彈性行為，其機械滯回率可以忽略不計。這種增強的介電常數、可控的介電擊穿強度和類似橡膠的力學性能的獨特組合使LM-彈性體納米復合材料在軟材料驅動、儲能和能量收集方面具有變革性的影響。

研究成果“A Liquid-Metal–Elastomer Nanocomposite for Stretchable Dielectric Materials”發表在Adv. Mater.上。

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