我室结构热力学与微纳化工课题组在特种橡胶材料研制与应用领域取得新进展

2025年02月27日 16:45 资源环境与材料学院 点击:[]

2025年2月17日,省部共建国重室结构热力学与微纳化工课题组在特种橡胶材料研制与应用领域取得新进展,研究成果以“Special Rubber with Excellent Mechanical Strength, Environmental Stability, and Electrical Conductivity for Accordion-Structured High-Performance Triboelectric Nanogenerators”为题,发表在国际学术期刊Advanced Functional Materials上。该论文的第一作者为资源环境与材料学院副教授高伟

特种橡胶是一种具有优异机械性能、环境稳定性的弹性体材料,它被广泛应用于柔性电子器件等领域。目前已经有橡胶被用作纳米摩擦发电机(TENG)的摩擦层,将机械性能转换为电能。但目前报道的橡胶仍然无法兼具优异的机械性能和环境稳定性,这限制了橡胶在柔性电子器件领域的应用。为了解决这一问题,该课题组提出了“多重交联”的策略,制备出兼具优异机械性能、环境稳定性、导电性能的特种导电橡胶HAEC7-T,并将其制备成橡胶基摩擦纳米发电机。

受到肌原纤维蛋白的多重交联网络的启发,课题组以羧基丁腈橡胶(XNBR)为基体,在不使用硫磺硫化的前提条件下,构建了由共价交联和非共价交联组成的氢化丁腈橡胶分子网络,制备了具有高氢化度(99%)、多重交联网络的特种橡胶HAE-T,机械强度提升100倍,交联密度提升1444倍。相对于近期报道的橡胶,HAE-T的机械性能处于领先水平,同时,HAE-T还兼具优异的环境稳定性,可以抵抗紫外光、臭氧、酸碱、有机溶剂的侵蚀。基于此,引入CNT构造均匀且连续的导电网络,制备成特种导电橡胶HAEC7-T,并将其制备为摩擦纳米发电机RECE-TENG。RECE-TENG在恶劣环境中仍然可以表现出稳定且优异的摩擦电输出性能。本研究为高性能橡胶基电子导电弹性体的制备开辟了新途径,为制备出高输出性能且在恶劣条件下稳定工作的TENG提供了新思路,有利于能源的收集与应用,促进能源的可持续发展。



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