本课题组与蒋兴宇研究员课题组在《复合材料科学与技术》合作发表可拉伸导电粘结剂研究论文

近日，本课题组与国家纳米科学中心蒋兴宇教授课题组合作在可拉伸导电粘结剂及柔性可穿戴设备方面取得重要进展，相关成果以《基于金属-聚合物导体和碳纳米管的可拉伸导电粘结剂用于连接可穿戴设备中的电子器件》（Stretchable conductive adhesives for connection of electronics in wearable devices based on metal-polymer conductors and carbon nanotubes）为题，合作发表在Elsevier旗下的《复合材料科学与技术》（Composites Science and Technology）期刊。论文通讯作者为清华化工系张如范副教授和国家纳米科学中心蒋兴宇研究员。第一作者为国家纳米科学中心的窦家彬博士。窦家彬博士曾于2019年在张如范副教授和蒋兴宇研究员的联合指导下开展本科毕业设计并取得本工作成果。

         柔性可穿戴设备作为近二十年来的一项新兴技术，为身体信息监测、个性化医疗和功能订制提供了与皮肤紧密接触的新平台，也为复合材料等传统研究领域注入了新的活力。大多数可穿戴设备的研究工作聚焦于导电体的研发制备，而如何将刚性电子器件整合入柔性电路中的基本问题仍未解决。柔性电子器件中的连接点在较大形变下易于断裂，从而影响其工作性能。现有的柔性印刷电路板（FPCBs）仍存在可拉伸性差的缺陷，而大多数报道的导电粘结剂（ECAs）也存在拉伸耐受性差、电导率不稳定、渗流阈值高的问题。因此，目前亟需一种兼具可拉伸、稳定性、低成本的导电粘结剂，以增强可拉伸电路的内部连接。

本工作中创新性地提出了一种基于PDMS金属-聚合物导体和碳纳米管的可拉伸导电粘结剂（SCA）。此种SCA充分结合了各组分（液态金属、聚合物弹性体、碳纳米管）的性质，集柔性可拉伸、高导电、易加工、易修复等优良特性于一身。通过将电子器件中的应力分散到更大的受力面积上，此种SCA可在形变过程中起到缓冲作用，继而优化可穿戴设备的综合性能。

图1 可拉伸导电粘结剂（SCA）的制备过程及特点

该SCA的各项性能优于现有的大多数SCA：最大拉伸应变可达40%，且在拉伸变形过程中的电阻变化量小于16%，表现出极高的稳定性。正是由于多方面优异的性能，本工作中的SCA可适应于大多数柔性电子器件的应用，展现出极大的应用潜力。

图2 可拉伸导电粘结剂在弹性可拉伸电路中的应用

该研究工作得到了国家科技攻关计划、国家自然科学基金项目、中科院及腾讯基金会的资金支持。《复合材料科技》是Elsevier出版基团旗下的著名复合材料类期刊，2019年的影响因子为6.309，CiteScore为6.63。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0266353820309362