摘要：可穿戴電子器件在生命體征監控、人機交互等領域展現了廣闊的應用前景🤾🏿‍♀️，發展迅猛，同時對材料也提出了越來越高的要求，可拉伸⚜️、彈性的導電材料成為其中磅礴興起的熱點方向🤽‍♀️。電子設備的使用壽命有限👩🏽‍💼，它們在使用過程中不可避免地會發生損壞並喪失功能，成為電子垃圾。隨著可穿戴電子器件越來越廣泛的使用，給環境造成的汙染日益嚴重，亟待解決。據此🦸🏽‍♀️🧝🏿，沐鸣2登录遊正偉教授團隊研製了基於Diels-Alder 協同反應的新型可重塑、可降解的動態交聯彈性高分子，進而通過納米復合☎️，構築了具有良好韌性和拉伸性的導電彈性體🫱🏻，其可3D打印便捷定製可穿戴電子器件🛌🏻，特別是可以通過3D打印實現直接高效回收和同步加工再利用🌍，為解決日益嚴重的電子垃圾問題提供了新材料新思路😹。 相關研究工作近期以《Degradable and Fully Recyclable Dynamic Thermoset Elastomer for 3D-Printed Wearable Electronics》為題發表於材料學著名國際學術期刊Advanced Functional Materials，沐鸣2平台材料沐鸣2博士生郭一凡和陳碩為共同第一作者，遊正偉教授為通訊作者🩵。

可降解*️⃣🍾、可重塑彈性高分子（PFB）的構建

該工作設計的關鍵是具有良好的動態性的聚酯彈性體PFB。PFB通過呋喃和馬來酰亞胺結構之間的Diels–Alder環加成反應實現動態交聯👯‍♂️，由於環加成反應屬於協同反應👩🏻‍⚖️，具有高的特異性，因此PFB在環境下可以保持持久的動態性🔠，具有良好的熱塑性，可以通過3D打印工藝便捷地加工和回收利用🏖。相比之下，目前大量使用的基於離子和自由基反應的可逆交聯體，其中間體容易被水分⬜️、氧氣等淬滅，因而不宜長期使用。並且PFB同時具有可降解性。電子器件的回收循環數量有限🙆🏽‍♂️🤳🏼，降解仍然是電子垃圾的最終解決方案。可回收電子產品的可降解性此前研究甚少🫴🏿。本工作選擇酯鍵來構建聚合物的主鏈，一方面其具有良好的熱穩定性，PFB分解溫度超過300℃，而同時酯鍵又具有良好的水解和酶降解性能，使其具有方便的環境和生物降解性😎。由此構建的電子產品能夠將可回收性和可降解性結合，有望大大減少由其產生的電子垃圾對環境的影響。

圖1. 可降解、可重塑彈性高分子（PFB）的設計及其動態性表征

導電復合彈性體的研製

將PFB彈性高分子與納米導電填料碳納米管🔄、銀納米片和炭黑復合研製了彈性導電復合材料（PFBC）。當樣品拉伸100％時，PFBC電阻只發生輕微變化，並且在循環拉伸過程中表現出良好的導電穩定性。因此PFBC有望適用於製備動態力學環境中使用的電子設備🤲🏽。回收的PFBC保持了其良好的力學性能和電導率（約100 S cm^-1）。韌性是表征材料力學性能的一個重要參數🙆🏽‍♂️，材料的韌性越高，越不容易被破壞，越耐用。因此，高韌性材料是可穿戴電子產品的理想選擇🧑‍🍳。經過三次循環後🧘，PFBC的韌性仍能保持在10.1 MJ m^-3💅，明顯高於已報道的用於可回收利用的電子器件的導電材料。此外，由於CNT等納米填料的存在👨🏻‍🦼‍➡️，PFBC在近紅外光照射下🈳，產生光熱效應☄️，促進PFB中的Diels–Alder反應🤚🏿，從而使材料表現出良好的自修復性能。https://doi.org/10.1002/adfm.202009799

團隊主頁：http://pilab.dhu.edu.cn/zyou/main.psp

團隊簡介：遊正偉教授為纖維材料改性國家重點實驗室博導，任沐鸣2平台復合材料系主任，中國紡織工程學會柔性電子生物醫用紡織材料科研基地主任。長期從事生物醫用彈性體、3D打印、及其在組織修復和醫用柔性電子領域應用的研究。發表SCI論文70多篇，其中近五年在National Science Review, Nature Communication, Advanced Materials等國際著名期刊（IF>10）發表通訊作者論文17篇。申請中國發明專利40多項，授權16項⚱️。成果被國家自然科學基金委員會出版的《Science Foundation in China》期刊🧍🏻、《中國科學報》頭版、國家新材料產業發展戰略咨詢委員會出版的《18年度新材料技術發展藍皮書》等專題報道。在歐洲材料研究學會年會🧑🏿‍🎨、中國材料大會等重要學術會議上做主旨和邀請報告40余次📋。擔任國際學術期刊《Smart Materials in Medicine》副主編、《Advanced Fiber Materials》和《中國材料進展》青年編委👩🏽‍💼。