柔性電子産品引起了廣泛的關注，在生命體征監控、運動監測和人機交互等領域展現了廣闊的應用前景。這些電子器件的蓬勃發展給人們的生活帶來更多便利的同時，也造成了資源大量消耗和環境污染等問題。如何實現柔性電子器件的可持續發展成為人們關注的熱點。熱固性聚合物由于其良好的力學和熱學等性能，被大量地應用于柔性電子，而傳統的熱固性材料的分離回收通常需要化學處理等苛刻條件破壞聚合物的分子結構，回收過程複雜，回收材料的性能不穩定。如何實現柔性電子器件的高效回收仍是目前亟需解決的一大難題。據此，bevictor伟德官网遊正偉教授團隊設計開發了首個室溫下可控溶解回收的熱固性彈性體，并展示了其在可回收柔性電子器件領域的應用。

成果簡介

作者通過對彈性體基底材料的分子結構進行設計，調控DA交聯單元的可逆反應速率，制備了一種适用于柔性電子器件的新型熱固性聚氨酯彈性體（FPU），實現了熱固性材料在室溫下的可控溶解回收。該彈性體采用2,5-呋喃二甲醇和雙馬來酰亞胺反應得到的DA加成結構作為交聯單元。該單元是一種解離交換型的動态共價結構，具有快速解離和緩慢結合的可逆反應特征。FPU在逆DA反應溫度（T_rDA）以下工作時可以保持交聯狀态，保證材料的穩定性和耐用性。在T_rDA加熱幾分鐘後FPU可以轉變為低交聯狀态，并可以在室溫下維持該狀态數小時，為材料的室溫溶解回收提供了時間窗口。

圖1.動态雜化交聯彈性體FPU的設計

由氫鍵、二硫鍵和DA加成單元組成的雜化交聯網絡，賦予了彈性體材料優良的拉伸性、室溫自愈合、仿生力學和易加工性等适用于柔性電子器件的綜合性能。室溫下自愈合6小時，FPU可以恢複50%以上的拉伸斷裂強度，60℃下自愈合6小時則能恢複80%以上的拉伸斷裂強度。并且FPU表現出了良好的彈性和韌性，能夠耐受多次大程度拉伸變形。在100％的循環拉伸實驗中，材料放置5分鐘就能恢複其初始拉伸力學狀态。

圖2. FPU的自愈合性、力學性能和加工回收性

3D打印FPU

在正常使用條件下，FPU是具有穩定共價交聯網絡的熱固性材料，在室溫下浸泡在氯仿中僅發生輕微溶脹現象。而當FPU在120 °C下加熱5分鐘後，由于DA加成結構發生可逆解離，材料轉化為低交聯狀态，表現出熱塑性材料的性質，可以在室溫下用丙酮、四氫呋喃和氯仿等多種有機溶劑溶解後直接回收再利用。整個過程無需添加其他化學原料将聚合物降解成小分子或者低聚物，并且回收後材料力學性能基本保持。FPU可以與多種市售的電子元件複合制備多功能柔性電子器件，使用後，FPU和電子元件可以通過溶解來分離回收用以制造新的柔性電子産品。回收方法簡單，不會對材料和電子元件産生任何損傷，實現了柔性電子産品的高效便捷分離回收，提高了材料和其他電子元件的使用率，避免了資源浪費。

圖3.FPU在室溫下可控溶解回收及複合電子元件回收性展示。

作者将FPU與納米導電填料混合制備出導電彈性體FPUC，同樣具有良好的回收加工性。基于FPU和FPUC，通過上述溶解回收策略，結合3D打印依次制備了三種柔性電子器件：位置傳感器、柔性鍵盤和運動傳感器。

圖4.基于FPU構築的可回收柔性電子器件。

3D打印FPU基位置傳感器

成果總結

通過調控DA加成結構的可逆反應速率，作者構建了一種室溫可控溶解回收的熱固性聚氨酯彈性體FPU，在120℃下加熱5分鐘就能溶解在氯仿等多種有機溶劑中實現回收利用。通過構築的多重動态交聯網絡，FPU還具有優良的自愈合性、仿生力學和易加工性。可以通過3D打印技術定制成多種柔性電子設備，具有良好的适用性。該工作為可回收的熱固性彈性體的設計合成和柔性電子器件的應用提供了新的設計思路。

上述成果以“A Dynamically Hybrid Crosslinked Elastomer for Room-Temperature Recyclable Flexible Electronic Devices”為題發表在材料學國際知名期刊《Advanced Functional Materials》上，論文的第一作者為bevictor伟德官网博士生郭一凡，通訊作者為遊正偉教授。

論文鍊接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202106281

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