聂双喜教授最新《Advanced Materials》：摩擦电生物塑料！

近日，王双飞院士团队聂双喜教授课题组利用巯基硅烷反应以及动态共价化学中醇-醚交流反应的化学选择性和位点特异性，制备了一种高韧性、可降解的单片集成式摩擦电生物塑料。
通过共价键适应界面相互浸染的办法耗散应力，使得聚合物介电层与导电层具有良好的界面黏附（220.55 kPa）。
同时，高能的共价键使摩擦电生物塑料具备出色的拉伸强度（87.4 MPa）与断裂韧性（33.3 MJ m-3）。
纵然在受到自身重量10000倍的拉力，仍能保持稳定的摩擦电输出，无明显裂纹产生。
该项成果以题为“A Tough Monolithic Integrated Triboelectric Bioplastic Enabled by Dynamic Covalent Chemistry”揭橥在最新一期国际学术期刊《Advanced Materials》（IF=29.4）上。
2021级硕士研究生邵宇正为本研究的第一作者，聂双喜教授为通讯作者。

论文链接：

https://doi.org/10.1002/adma.202311993

图1. 动态共价化学勾引界面互锁实现的坚韧摩擦电生物塑料。
a）柔性聚合物介电层与刚性导电层的界面互锁机制。
b）动态二硫键在聚合物基材与导电油墨间动态化学交联机制。
c）摩擦电生物塑料的高强度力学性能，i：摩擦电生物塑料，ii：RC，iii：以CNT作为电极层且无化学交联的生物塑料，iv：以铜漆作为电极层且无化学交联的生物塑料。
d）摩擦电生物塑料的光学图像，及其在自然环境下的生物降解图像。
e）摩擦电生物塑料的机器性能、断裂韧性、界面黏附性、摩擦电性能、拉伸性能上风比拟。

图2. 动态共价反应实现坚韧抗裂纹摩擦电生物塑料策略。
a）化学选择性硫醇-二硫醚交流反应及摩擦电生物塑料界面互锁过程。
b）聚合物表面巯基硅烷前后FTIR表征。
c）硫醇-二硫醚共价反应的量子化学仿照打算。
d）共价反应前后二硫键的分子内二面角。
e）共价反应前后NPM荧光测定，插图为NPM和硫醇反应机制。

图3. 摩擦电生物塑料的高力学性和抗裂纹性及机制。
a）摩擦电生物塑料界面互锁机理图。
b）摩擦电生物塑料的应力-应变曲线。
c）摩擦电生物塑料的断裂韧性与其它文献的性能比拟。
d）不同界面相互浸染的生物塑料的断裂韧性。
e）摩擦电生物塑料界面相互浸染办法及高韧性实物照片。
f）通过搭剪切实验测试不同处理下的聚合物和导电层的界面黏附。
g）摩擦电生物塑料作为中间物进行拉车实验实物展示。

图4. 摩擦电生物塑料的界面稳定性和降解性能。
a）摩擦电生物塑料的界面互锁机制，纤维素溶液和杂化导电油墨溶液照片。
b）摩擦电生物塑料永劫光下的水打仗角变革。
c）超声、水洗后柔性塑料基材表面的荧光图和FITC-BSA含量比。
d）超声、水洗后柔性塑料基材表面拉曼图。
e）摩擦电生物塑料在常见酸碱、有机溶剂里永劫光浸泡下的化学稳定性。
f）摩擦电生物塑料的热力学稳定性。
g）聚乙烯、纤维素纳米纸、RC、摩擦电生物塑料在天然土壤中的自然降解实验。

图5. 摩擦电生物塑料的自供电可穿着传感运用。
a）生物塑料基可穿着摩擦电传感器的事情机制和无限传感示意图。
b）摩擦电生物塑料的电性能上风。
c，d）B-TENG不同频率和永劫光事情下的电输出。
e）不同外部电阻负载B-TENG的输出功率。
f）不同压力下B-TENG的灵敏度。
g) 手指波折下摩擦电传感器远端方阵和中段方阵的传感旗子暗记。
h）摩擦电传感器的相应和规复灵敏度。
i）不同波折状态下手指远端指骨感知旗子暗记。
j）传感器通过无限蓝牙实时的信息交互。

总之，在这项事情中，通过动态共价反应勾引界面互锁的办法制备了一种具有精良力学性能，耐裂性和生物降解性的单片集成式摩擦电生物塑料，并基于此材料开拓了一种柔性可穿着自供电传感器件。
本研究为开拓坚固、耐用、界面稳定的摩擦电生物塑料的设计供应了空想的平台，并将有利于其在可穿着产品领域的进一步运用。

感谢论文作者团队的大力支持。

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