基于超轻多层泡沫状框架结构的应变不变、高水稳定性全有机柔性导体
应用物理
2023-05-26 v1 材料科学
摘要
柔性导体在软体机器人、可穿戴电子器件以及电子组织和植入物的开发中至关重要。然而，传统柔性导体本质上具有在机械变形或交替环境条件下（例如湿度）电导发生较大变化的特点，这极大限制了其应用潜力和性能。在此，我们展示了一种用于开发应变不变、抗疲劳且高水稳定性柔性导体的新概念。通过以三维方式结合不同的薄膜技术，我们开发了基于 PEDOT:PSS 和 PTFE 的纳米和微工程多层（< 50 nm）、超轻量（< 15 mg/cm）泡沫状复合框架结构。该全有机复合框架结构的电导率高达 184 S/m，在 80% 压缩应变和 25% 拉伸应变之间保持应变不变。我们进一步表明，多层复合材料具有超越基于单一材料的框架结构的性能。复合框架结构的初始电学和机械性能在长期循环中得以保持，即使在 50% 压缩下经过 2000 次循环后亦然。此外，PTFE 功能化使框架结构高度疏水，即使在水中浸泡长达 30 天后仍能保持稳定的电学性能。本文提出的概念克服了先前应变不变柔性导体的局限，并首次展示了一种用于开发创新多尺度多层功能材料的通用方法，可应用于软电子、能量存储与转换、传感、催化、水和空气净化以及生物医学。
引用
@article{arxiv.2210.09650,
title = {Strain-invariant, highly water stable all-organic soft conductors based on ultralight multi-layered foam-like framework structures},
author = {Igor Barg and Niklas Kohlmann and Florian Rasch and Thomas Strunskus and Rainer Adelung and Lorenz Kienle and Franz Faupel and Stefan Schröder and Fabian Schütt},
journal= {arXiv preprint arXiv:2210.09650},
year = {2023}
}
备注
Corresponding authors: Dr.-Ing. Fabian Sch\"utt ([email protected]) and Dr.-Ing. Stefan Schr\"oder ([email protected]); Shared senior authorship: Dr.-Ing. Fabian Sch\"utt and Dr.-Ing. Stefan Schr\"oder