高导电形状记忆聚合物复合材料及其3D打印新进展

3D打印导电复合材料可以实现电子信息器件的可定制化制备，其在柔性电子、传感器、神经导管、可穿戴设备等领域的潜在应用受到了国内外研究学者的广泛关注。然而，研制理想的功能性高导电3D打印材料仍然是该领域的挑战。

为此，哈尔滨工业大学冷劲松教授团队与蒙特利尔工学院Daniel Therriault教授团队合作，通过结合具有核壳结构的金属化碳纳米纤维和形状记忆聚合物，提出了一种简单易行的高效能、多功能形状记忆导电复合材料的制备策略，并展示了其3D打印在电子领域的应用前景。据悉，金属银化碳纳米纤维是一种新型的复合导电纤维，它可以实现碳纳米纤维高长径比与金属银优异电学性能的有效结合，在二者的协同作用下，复合材料无需任何后处理过程即可获得高达2.1×10 5S/m的电导率。对外界激励能够产生功能响应的热塑性形状记忆聚合物材料不仅可以提高复合材料的3D打印性能，还可赋予打印结构主动变形的智能特性。

研究表明，这种新型复合材料在室温条件下无需任何支撑材料即可实现多种复杂结构(包括自支撑结构)的直书写3D打印。更值得一提的是，基于材料的形状记忆效应和优异的电学特性，所制备的3D打印结构在低电压(1V)下可展现出快速响应的电致驱动形状记忆行为。通过3D打印这种新型导电复合材料，他们制备了多种高性能电子器件，充分展现了多重纳米功能性复合材料的协同效应与3D打印的结合在导电原件、传感器、电磁屏蔽和软机器人等领域出色的应用潜力。

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图1. 3D打印高导电Ag@CNFs/PLA复合材料

  

 

图2. Ag@CNFs/PLA复合材料的导电性能

  

 

图3. 3D打印Ag@CNFs/PLA复合材料用于应变传感器和电磁屏蔽

  

 

图4. 3D打印Ag@CNFs/PLA复合材料用于电致驱动智能抓取器

相关研究成果以《Direct 3D Printing of Hybrid Nanofibers-based Nanocomposites for Highly Conductive and Shape Memory Applications》为题发表在国际TOP期刊ACS Applied Materials & Interfaces（IF：8.456）上。该论文为魏洪秋博士（现为西北大学青年教师）攻读博士学位期间的研究成果，哈尔滨工业大学冷劲松教授和蒙特利尔工学院Daniel Therriault教授是该论文的通讯作者。