高導電形狀記憶聚合物復合材料及其3D打印新進展

3D打印導電復合材料可以實現電子信息器件的可定制化制備，其在柔性電子、傳感器、神經導管、可穿戴設備等領域的潛在應用受到了國內外研究學者的廣泛關注。然而，研制理想的功能性高導電3D打印材料仍然是該領域的挑戰。

為此，哈爾濱工業大學冷勁松教授團隊與蒙特利爾工學院Daniel Therriault教授團隊合作，通過結合具有核殼結構的金屬化碳納米纖維和形狀記憶聚合物，提出了一種簡單易行的高效能、多功能形狀記憶導電復合材料的制備策略，并展示了其3D打印在電子領域的應用前景。據悉，金屬銀化碳納米纖維是一種新型的復合導電纖維，它可以實現碳納米纖維高長徑比與金屬銀優異電學性能的有效結合，在二者的協同作用下，復合材料無需任何后處理過程即可獲得高達2.1×10 5S/m的電導率。對外界激勵能夠產生功能響應的熱塑性形狀記憶聚合物材料不僅可以提高復合材料的3D打印性能，還可賦予打印結構主動變形的智能特性。

研究表明，這種新型復合材料在室溫條件下無需任何支撐材料即可實現多種復雜結構(包括自支撐結構)的直書寫3D打印。更值得一提的是，基于材料的形狀記憶效應和優異的電學特性，所制備的3D打印結構在低電壓(1V)下可展現出快速響應的電致驅動形狀記憶行為。通過3D打印這種新型導電復合材料，他們制備了多種高性能電子器件，充分展現了多重納米功能性復合材料的協同效應與3D打印的結合在導電原件、傳感器、電磁屏蔽和軟機器人等領域出色的應用潛力。

圖文快遞

圖1. 3D打印高導電Ag@CNFs/PLA復合材料

圖2. Ag@CNFs/PLA復合材料的導電性能

圖3. 3D打印Ag@CNFs/PLA復合材料用于應變傳感器和電磁屏蔽

圖4. 3D打印Ag@CNFs/PLA復合材料用于電致驅動智能抓取器

相關研究成果以《Direct 3D Printing of Hybrid Nanofibers-based Nanocomposites for Highly Conductive and Shape Memory Applications》為題發表在國際TOP期刊ACS Applied Materials & Interfaces（IF：8.456）上。該論文為魏洪秋博士（現為西北大學青年教師）攻讀博士學位期間的研究成果，哈爾濱工業大學冷勁松教授和蒙特利爾工學院Daniel Therriault教授是該論文的通訊作者。