2020-03-05 02:01:01
研究人员确定导电材料的断裂点

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宾夕法尼亚州立大学工程学院的研究人员开发了一种改进的方法,用于预测塑料从柔软转变为脆性时的温度,这可能会加速柔性电子的未来发展。

下一代柔性电子产品,如可弯曲的显示器和医疗植入物,将依靠机械柔性的半导体材料。发生脆化时的温度的准确预测(称为玻璃化转变温度)对于设计在室温下保持柔韧性的导电聚合物至关重要。

化学工程学教授兼首席研究员恩里克·戈麦斯(Enrique Gomez)说:“以前预测聚合物玻璃化转变的工作依赖于复杂的多参数模型,但是却导致了较差的准确性。” “此外,对共轭聚合物的玻璃化转变进行准确的实验测量具有挑战性。”

冷却时,所有聚合物都会变脆。但是,某些聚合物(例如用于泡沫聚苯乙烯杯的聚苯乙烯)在高于室温的温度下会变脆,而其他聚合物(例如在橡皮筋中使用的聚异戊二烯)在低得多的温度下会变脆。

谢仁轩以前是宾夕法尼亚州立大学的博士生,现在是加利福尼亚大学圣塔芭芭拉分校的博士后研究员,他发现了一种通过跟踪发生脆化的机械性能来测量玻璃化转变温度的方法,为理解这种关系奠定了基础。在玻璃化转变和结构之间。后续研究通过测量机械性能随温度的变化确定了32种不同聚合物的玻璃化转变温度。

戈麦斯说:“这一进步,加上我们以后的研究中各种聚合物的数据,揭示了化学结构与玻璃化转变之间的简单关系。” “因此,我们现在可以根据化学结构预测脆化点。”

据戈麦斯(Gomez)称,这项工作在《自然通讯》(Nature Communications)的最新一期中进行了报道,使研究人员可以在合成用于电子产品之前从导电聚合物的化学结构预测玻璃化转变温度。当前大多数使用的导电聚合物是脆性和非柔性的,因此这种进步可以加速柔性电子器件的发展。

戈麦斯说:“虽然听起来很简单,但我们是第一个利用导电聚合物的机械性能来测量玻璃化转变温度的公司。” “我们将来自许多不同聚合物的数据结合起来,得出一种简单的关系,该关系可以根据化学结构以比以前更准确的方式预测玻璃化转变温度。”

戈麦斯的这项研究得到了美国国家科学基金会(National Science Foundation)在2019年提供的一项为期四年,价值175万美元的资助,旨在探索理论,仿真和实验的融合,以加速基于有机化合物的柔性电子学的发展。戈麦斯说,这项研究的下一步是更广泛的测试和对实际应用的探索。

戈麦斯说:“我们现在希望使用我们的模型来设计导电聚合物,以制造超柔性和可拉伸的电子产品。” “我们还希望推动我们的模型来找到极限,并查看模型出现故障的地方。”

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