智能柔性電子設(shè)備的繁榮發(fā)展，不僅要求相關(guān)材料展現(xiàn)出良好的可形變、高韌性、可循環(huán)等機(jī)械性能，也要求材料的生產(chǎn)、使用、回收過程對(duì)環(huán)境綠色友好。然而，目前所用的絕大部分高分子材料屬于非生物基材料，對(duì)環(huán)境保護(hù)帶來壓力，預(yù)計(jì)在2050年不可降解的電子電氣垃圾將達(dá)到1億噸。因此亟需發(fā)展基于綠色可回收高分子的電子產(chǎn)品。聚乳酸（polylactic acid, PLA）作為生物基高分子材料中的佼佼者，以其生物原料來源廣泛、生產(chǎn)技術(shù)成熟、高模量、高強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)著稱。但對(duì)于制備柔性器件而言，PLA的高脆性成為其致命缺點(diǎn)。因此，對(duì)聚乳酸進(jìn)行增韌勢在必行。
聚乳酸增韌的常見策略包括與聚合物彈性體物理共混、與柔性分子鏈共聚以及引入一些彈性配對(duì)物，這些策略在增韌的同時(shí)，往往也使復(fù)合材料的強(qiáng)度以及模量大幅度降低。另外，常見的柔性電子器件基底由具有高應(yīng)變回復(fù)能力的彈性體所組成，它們在外力卸載后易回復(fù)原狀，不利于某些機(jī)能的保持。因此，新加坡國立大學(xué)材料科學(xué)與工程系何超斌教授團(tuán)隊(duì)有針對(duì)性的設(shè)計(jì)了一種具有核殼結(jié)構(gòu)的生物基增韌劑，不僅大幅度提高聚乳酸的韌性（斷裂能提高15倍），還能保持其模量與純聚乳酸一致（>3 GPa）。該研究成果以《Bend, Twist, and Turn: First Bendable and Malleable Toughened PLA Green Composites》為題發(fā)表在最新一期的Advanced Functional Materials雜志上（DOI: 10.1002/adfm.202001565）。
1. 增韌劑的結(jié)構(gòu)：
核殼結(jié)構(gòu)生物基增韌劑如圖1所以。作者選用生物基材料PHB為核，具有很好的韌性，通過開環(huán)聚合在PHB上共聚d-LA和ε-CL單體，使其具有高強(qiáng)度的外殼，且與聚乳酸表現(xiàn)出良好的界面相互作用，提高其相容性，使增韌效果進(jìn)一步增加。
2. 增韌機(jī)理：
該增韌劑一方面對(duì)PLA具有促進(jìn)結(jié)晶的作用，將PLA的結(jié)晶度從0.78 %提高至39.68 %，結(jié)晶度的提高有利于PLA保持較高的強(qiáng)度和模量；另一方面，剛性外殼容易使PLA基體產(chǎn)生大量的銀紋和空穴，消耗能量；第三，增韌劑降低了PLA的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，有利于PLA在承受載荷時(shí)發(fā)生大量塑性變形，結(jié)果如圖2和圖3所示。
此外，通過將銅導(dǎo)線植入純PLA及PLA-10 wt% 樣品，對(duì)比發(fā)現(xiàn)純PLA無法進(jìn)行復(fù)雜的形狀改變，且容易脆斷，使導(dǎo)電通路中斷；PLA-10 wt% 樣品表現(xiàn)出極好的可形變能力，在外力作用下可進(jìn)行復(fù)雜的形狀改變過程，而不會(huì)造成導(dǎo)電通路的中斷，且該形狀能夠長時(shí)間的保持，為將來綠色可降解型柔性電子器件的發(fā)展提供了新的思路。
該論文第一作者為新加坡國立大學(xué)材料科學(xué)與工程系的C. C. Y. Jayven博士，新加坡IMRE的Zibiao Li教授和新加坡國立大學(xué)的Chaobin He教授為共同通訊作者。
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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202001565
