东华大学研发出可回收、可降解的高韧性可穿戴电子器件

随着技术的不断发展，可穿戴电子产品已经成为日常生活的重要部分，但其快速发展也产生了大量的电子垃圾。目前，聚己内酯（PCL）、聚乳酸（PLA）等一些可降解聚合物被引入到电子器件中，但普遍存在高模量、低弹性的缺点，一些可降解的热固性弹性体难以加工和回收，因此，开发弹性强、模量合适、加工性能好、可循环、可降解的新型电子材料成为重要课题。

东华大学游正伟教授团队设计并制备了一种基于狄尔斯-阿尔德反应（简称DA反应）的新型动态共价交联的电学弹性体PBSF－FA－BMI（PFB），该弹性体具有良好的稳定性、弹性、可加工性、可回收性和可降解性。

基于DA反应较高的特异性，制备的PFB具有很好的热塑性，且易于通过3D打印加工成电子器件。而且，随着PFB中酶降解键的引入，这些电子产品在使用后可以降解。通过在弹性体PFB中引入纳米级填料，可制备导电可回收复合材料（PFBC）。

PFB弹性体的设计与性质

PFBC在循环拉伸过程中表现出良好的导电稳定性。当拉伸100%时，其电阻只有很小的变化。因此，有望用于动态机械环境中的电子应用。而且，PFBC在回收过程中保持了机械性能和导电性的稳定，回收的PFBC具有良好的电导率和延伸率，3次回收后，PFBC的韧性保持在10.1 MJ／m3。

导电PFBC的性质

将PFBC作为摩擦层，通过3D打印制作了摩擦电纳米发生器。当外力使PFBC和PDMS薄膜之间发生物理接触时，摩擦层的周期性接触和分离产生了一个外部电路中的交流输出信号，在3Hz的频率下，具有超过3000次的稳定性能。

通过3D打印，制备了由两个电极层（PFBC）和一个隔离层（PFB）组成的电容式压力传感器。该压力传感器的电容变化和变形实时完全匹配，显示了优异的机械和电气稳定性，可保持敏感响应连续1000个周期。

通过3D打印制备了一个可伸缩、便携、轻薄的数字键盘，用于可穿戴用户输入界面。PFB作为可拉伸基板，微电路使用PFBC打印。结果证明，该键盘可以覆盖复杂曲面（如前臂)，能在任何方向延伸和承受任意复杂的变形，在可穿戴电子产品方面的应用前景广泛。

基于回收的PFBC的3D打印的电子器件

以四种不同的3D打印的压力传感器为代表，测试其在不同环境条件下的耐受性，结果表明电子器件在高温（100℃，1 h），高湿度（＞60%，1个月），盐水（24h），乙醇（24h）条件下的电信号基本保持一致。

3D打印电学器件的电学稳定性和可降解性

这项工作为定制可穿戴电子产品提供了一种新方法，同时实现了包括弹性、导电性、稳定性、可加工性、可回收性和可降解性等多方面性能的优化，为下一代可穿戴电子产品的开发提供了灵感。