摘要
具有导电、导热功能的柔性功能材料在可穿戴设备、柔性电子器件等领域有重要的应用价值。为解决柔性功能材料在实际服役过程中由机械损伤导致的安全性、稳定性以及使用寿命降低的问题，赋予柔性功能材料以机械损伤修复及功能退化修复的能力，已成为材料领域的研究热点。目前，将刚性导体（导热、导电）粒子与具有自修复能力的弹性体复合是制备兼具自修复与导电导热功能弹性体材料的主要方法。然而，刚性导体粒子引入将导致材料力学与自修性能的降低且不导电或导热的稳定性欠佳。将具有流体与金属导体双重属性的液态金属（LM）与具有自修复弹性体共混复合虽可部分解决上述问题。但LM的表面能大且与聚合物之间界面相互作用弱，导致LM/聚合物体系存在LM不易在分散、稳定性差及容易泄露等问题。鉴于此，本论文通过将分子主链含有动态二硫键（S-S）且以巯基（-SH）为端基的液态聚硫橡胶（PSR）与LM共混，利用端巯基（-SH）与LM形成的金属-巯基可逆配位键（LM-SH）增加LM与PSR之间界面强度，进而细化LM的分散尺寸及提供复合体系的稳定性；利用复合体系中的可逆二硫键（S-S）及与PSR与LM形成的可逆金属配位键赋予材料自修复功能；借助LM流体与金属导体双重属性赋予复合材料导电与导热修复的功能。主要研究内容及主要创新点如下： （1）针对导热自修复复合材料存在的自修复功能-导热性能-力学性能难以平衡的问题，利用LM作为导热填料，通过界面设计让LM与PSR基体之间形成动态可逆配位键，提升复合材料导热性能的同时兼顾材料的力学性能和自修复性能。研究表明：①由于LM与PSR之间存在金属-巯基配位键，界面相互作用强，仅通过简单的共混研磨便可实现LM与PSR的复合，LM的体积分数高达70%。②复合材料的导热能够达到1.741W·m?1·K?1，是基体的11倍，且表面出较高力学与导热性能的自修复能力。③在此基础上，通过循环机械变形重构LM导热通路，进一步提升复合材料的导热性能。LM体积分数为50%的材料的导热性能由循环机械变形前的0.698W·m?1·K?1提高到0.819W·m?1·K?1，且力学与导热自修性能分别达到83.4%与0.794W·m?1·K?1。 （2）针对柔性可拉伸导电材料中高电导率与优异拉伸性不易兼得，且难以实现电路恢复与力学修复功能，通过将LM与PSR共混复合，借助LM的流动性与金属导体的性质，赋予材料导电性能与电路恢复的功能；利用复合体系中存在的动态可逆键，赋予复合材料力学自修复功能。在此基础上，通过机械变形训练让LM发生变形破裂，构筑新的导电网络提高材料电导率。最终实现兼具高电导率与优异拉伸性，兼具电路恢复与力学修复功能的柔性可拉伸导电材料的制备，并初步探索该材料在柔性电路，应变传感器中的应用。研究表明：①LM的加入可提高PSR的屈服强度，且几乎不影响PSR的可拉伸性（断裂伸长率）。②随着LM含量的增加复合材料的电阻减小，当LM的体积分数有30%增加至70%时，电阻由2.49×109Ω降至211Ω，此为，复合材料的电阻随应变增加而减小，克服了传统刚性导电粒子/聚合物体中的电阻随应变增加而增大的不足。③循环机械变形重构LM导电通路，进一步提升复合材料的导电性能。LM体积分数为50%的材料的电阻由循环机械变形前的1.79×107Ω降低至5.56×106Ω，且力学自修复效率仍然达到83.4%。④LM/PSR具有优异的电路恢复、力学自修复的双重功能，在可拉伸电路材料，应变传感器等领域具有一定的应用前景。
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