天津大学《AS》:垂直排列折叠石墨烯增强的高导热粘合弹性体

成果简介

界面处的热和应力传递对于基于接触的触觉传感来测量温度、形态和模量至关重要。然而，制造一种兼具高导热性、弹性和良好粘附性的智能传感材料具有挑战性。本文，天津大学Yiyu Feng、封伟教授团队在《Adv Sci》期刊发表名为“Highly Thermally Conductive Adhesion Elastomer Enhanced by Vertically Aligned Folded Graphene”的论文，研究通过优化分子间的高密度氢键（H-键）相互作用和强交联，合成了一系列具有高粘附性和高伸长率的聚合物材料。聚二甲基硅氧烷，乙烯基封端（PDMS）用作交联增强剂，聚-2-[[（丁基氨基）羰基]氧基]乙酯（PBA）用作软链段。基于力-热耦合设计理念，采用聚(PBA-ran-PDMS)，在真空条件下通过物理浸渍工艺制备了一种具有强界面附着力、高弹性和高k值的新型触感复合材料(poly(PBA – ran -PDMS))。

通过优化的化学交联和超分子相互作用，聚（PBA- ran -PDMS）/VAFG 表现出高导热性（15.49 W m -1 K -1)、高弹性变形和高达 6500 N m -1的界面粘附力。Poly(PBA – ran -PDMS)/VAFG 对温度和压力高度敏感，并展示了机械手应用的自学习能力。智能机械手可以在黑暗中区分和选择性捕获未知材料。导热、弹性、粘合性聚(PBA – ran -PDMS)/VAFG可发展成为智能软机器人的核心材料。

图文导读

图1、Poly(PBA x -ran -PDMS)的机械和粘合性能

图2、Poly(PBA x -ran -PDMS)/VAFG的结构和力学性能表征

图3、Poly(PBA x -ran -PDMS)/VAFG的传热模拟与性能测试

图4、Poly(PBA- ran -PDMS)/VAFG的界面传热模拟

图5、基于Poly(PBA – ran -PDMS)/VAFG的机械手学习感知

图6、基于Poly(PBA – ran -PDMS)/VAFG的机械手感知与识别

小结

综上所述，本研究建立了一种具有复杂功能热、传感和机械传导一体化的聚合物基复合材料的设计方法，为未来高性能聚合物基界面材料的设计和制备提供了理论基础和技术支持；也为软体机器人和仿生假肢的发展提供了广阔的潜在前景。

文献：https://doi.org/10.1002/advs.202201331