近年来，可拉伸导电复合材料作为可拉伸电子器件的金属部件受到了广泛的关注。为了实现导电性和可拉伸性，研究人员通常将导电固体填料嵌入到可拉伸聚合物基体中，以制成薄膜、油墨和纤维等不同形式的可拉伸导体。由于愈渗主导的导电行为，往往需要引入高质量分数的导电填料（通常>80 wt%）来实现导电性，这会极大地损害可拉伸性。其次，传统的复合技术在共混过程中不可避免地会导致聚合物绝缘层包裹导电组分，这起到物理屏障的作用，抑制欧姆传导，减少接触位点，导致电导率较低。再者，无规分布的导电网络由于缺乏能量耗散层而在应变下容易失去电连接，因此在拉伸时表现出显著的导电衰减。

       鉴于此，团队报道了一种具有导电网络紧密堆积结构的可拉伸导体，该导体兼具高初始电导率、在大应变范围内有效的导电性能和低弹性模量。首先，我们制备了一系列具有不同粒径和壳层厚度的弹性硅橡胶@银（PDMS@Ag）核壳微球，借助溶剂挥发诱导的微球之间毛细管作用，使具有窄尺寸分布的PDMS@Ag微球致密规则堆砌，并通过后浇筑高可拉伸Ecoflex 0050基体并固化、实现了在低银含量下的高性能可拉伸导体（图1）。考察了核壳微球的尺寸、银层厚度对可拉伸导体电性能以及机械性能的影响，定量研究了在拉伸下电性能保持能力和多次循环应变下的电导率稳定性（图2）。这些具有规整球状的弹性导电基元可以在毛细管力的作用下致密堆砌在一起，形成类似于六方密堆积的结构，实现了超高的微球填充含量（97.6 vol%）（图3）。但是，由于导电组分只是负载于微球表面，其总体的银填充含量依然保持较低水平（19.5 wt%），从而保证了极佳的力学性能。其中，最优的复合材料表现出金属级电导率（67185 S/cm），在400%应变下电导率保持在820 S/cm，断裂伸长率可达602%。此外，提出的可拉伸导体还具有表面疏水、自清洁、抗腐蚀等性能，在可拉伸电连接、电磁屏蔽等领域展现出潜在的应用价值。这项研究工作打破了传统可拉伸导体实现高导电需要导电粒子高质量的填充问题，通过定构规整堆砌、三维连续、致密且选择性分布的银壳导电网络，实现了电导率、填料含量和机械性能之间的有效平衡。该工作以Evaporation-Induced Closely-Packing of Core–Shell PDMS@Ag Microspheres Enabled Stretchable Conductor with Ultra-High Conductance为题发表在《Adv. Funt. Mater》上。文章第一作者是四川大学高分子科学与工程学院博士生田可，傅强教授和邓华教授为通讯作者，该研究得到国家自然科学基金委的资金支持。

图1. 结构表征：PDMS@Ag微球和可拉伸导体的形貌

图2. 性能表征：可拉伸导体的电性能、机械性能、电-机械性能和循环稳定性

图3. 导电网络堆砌结构和电性能模拟

       该工作是团队近期关于功能高分子复合材料结构设计和功能网络调控相关研究的最新进展之一。针对传统方法制备的复合材料中功能填料之间难以实现有效搭接，填料被聚合物包裹而难以充分体现本征性能的问题，团队提出和发展了一种普适、通用的功能高分子复合材料加工新方法-溶液剪切沉淀法。该方法已被证实在多个功能材料领域具有广阔的应用前景，包括湿气诱导发电(Energy Environ. Sci., 2023, 16, 3600; Adv. Funct. Mater. 2023, 33, 2210027；Nano Energy 2022, 98, 107241; Chem. Eng. J 2022, 438, 135659)，辐射制冷(Nat. Commun., 2023)，可拉伸导体 (Adv. Funct. Mater. 2023, 2308799)，海水淡化(Mater. Horizons., 2023; J. Mater. Chem. A, 2023, 11, 7711) 和柔性热电/电热装置(Composites Part B 2023, 252,110512; ACS Appl. Mater. Interfaces 2023, 15, 10947）等。通过对功能材料进行结构设计和填料网络调控，团队致力于解决当今社会面临的重大问题，助力实现“碳中和”以及可持续能源发展。

原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202308799