北京化工大学张好斌教授等AM：通过双相Ga₃₅In₆₅合金在聚合物复合材料中构筑自适应导电网络实现宽温域稳定的导电及电磁屏蔽性能

宽温域性能稳定的聚合物复合材料在柔性器件、电子皮肤、电路设备、传感器和电磁屏蔽等领域有广阔的应用前景。然而，由于填料和聚合物基体之间的本征热力学性能差异，复合材料中导电网络结构在热冲击时，易遭受严重破坏而导致性能下降，影响了其在航空航天、极地探索等领域的应用。

为解决上述问题，北京化工大学张好斌教授团队和合作者基于固/液双相Ga35In65合金在温度变化时相结构特性，在复合材料内部构建了温度自适应得功能网络。与常规导电复合材料相比，该复合材料在77-473 K表现出优异的导电稳定性。同时，该方法具有普适性，同样适应于碳纳米管和其他纳米材料填充的复合材料体系。这项工作为应用于极端环境的高性能导电聚合物复合材料的研究提供了有意义的启示。

图1 常规导电聚合物复合材料在温度变化过程中的导电网络破坏以及双相Ga35In65合金对导电网络的修复示意图。

团队首次使用原位micro-CT技术揭示了复合材料内双相Ga35In65合金相变微结构变化对整体导电网络的修复作用。具体来说，在低温环境中，液态Ga组分凝固后的体积膨胀有效地抵消了导电网络的破坏；在高温环境中，液态Ga和融化后的In组分受聚合物基体挤压流入界面脱粘产生的缝隙中，从而保持了导电网络的连续性。

图2 (a) 在100-478 K温度范围内复合材料的电导率对比；(b) 温度变化过程中双相Ga35In65合金对修复GNPs网络的作用示意图；(c, d) 通过原位Micro-CT揭示Ga35In65合金在温度变化过程中的微结构变化。

优异的导电性能稳定性使复合材料能够在宽温域范围内保持可靠的电磁屏蔽性能。此外，双相合金中的固相In避免了常规液态金属使用过程中的金属泄漏难题，复合材料在受到挤压后无明显的金属泄漏现象。同时，相关复合材料可以用于3D打印复杂精密功能构件，例如三维电磁屏蔽垫片、线性亚微米谐振矩阵、谐振环和半透明电磁屏蔽窗。

图3 (a, b)电磁屏蔽性能的稳定性；(c)无泄漏特性以及用于增材制造打印出的各种复杂精密结构(d)。

该论文以“Biphasic GaIn Alloy Constructed Stable Percolation Network in Polymer Composites over Ultrabroad Temperature Region”为题发表在《Adv. Mater.》上（Adv. Mater. 2024, 2310849）。北京化工大学博士生周新峰博士为文章的第一作者，北京化工大学张好斌教授和都柏林圣三一学院Valeria Nicolosi教授为共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金委、北京化工大学有机-无机复合材料国家重点实验室开放基金和欧洲研究理事会的支持。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202310849

转自：“高分子科学前沿”微信公众号

如有侵权，请联系本站删除！