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中國航空?qǐng)?bào)訊：近日，上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授鄧濤團(tuán)隊(duì)、副研究員尚文團(tuán)隊(duì)等通過構(gòu)建微米玻璃球陣列支撐的液態(tài)金屬柔性密封復(fù)合材料，解決了傳統(tǒng)封裝材料無法同步兼顧可拉伸和高氣密性的難題。這項(xiàng)研究于2月3日發(fā)表于《科學(xué)》。

近年來，人類社會(huì)的智能化引領(lǐng)了柔性可穿戴器件的飛速發(fā)展。高性能密封材料可以防止外部破壞性氣體/液體的滲入以及內(nèi)部活性物質(zhì)的流失，對(duì)于保障柔性器件的長期穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。然而，目前已有的封裝材料無法同時(shí)兼顧密封性能與可拉伸性能。例如，金屬、陶瓷薄膜封裝材料的氣密性好，但不具備可拉伸性；柔性彈性體封裝材料的可拉伸性能優(yōu)良，但氣密性差；傳統(tǒng)金屬、陶瓷與彈性體復(fù)合的封裝材料的可拉伸性能與密封性能往往相互制約，無法滿足先進(jìn)柔性器件的可靠封裝需求。

針對(duì)這一挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)制備了基于液態(tài)金屬的復(fù)合封裝材料，通過將常見液態(tài)金屬鎵銦共晶合金（EGaIn）與彈性體材料復(fù)合，并巧妙地利用微米玻璃球陣列作為支撐體防止該封裝材料在變形過程中塌陷而引起密封性能的衰減，開發(fā)了一種高氣密性、可拉伸、能集成無線通訊功能的封裝材料，測(cè)得其氧透過系數(shù)為5.0×10-23 m2/（s Pa），接近于金屬鋁（AL），比傳統(tǒng)硅膠彈性體材料低8個(gè)數(shù)量級(jí)以上。

論文第一作者、上海交通大學(xué)博士申清臣介紹，研究團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)用該液態(tài)金屬密封復(fù)合材料對(duì)基于水系電解質(zhì)的可拉伸鋰離子電池進(jìn)行封裝和性能測(cè)試發(fā)現(xiàn)，在自然未拉伸狀態(tài)下，封裝的鋰離子電池可逆容量為105.5 mAh/g，經(jīng)500次充放電循環(huán)后，仍可保持72.5%的初始容量，而傳統(tǒng)彈性體封裝的電池在循環(huán)約160次后則完全失效；在20%拉伸應(yīng)變狀態(tài)下，液態(tài)金屬復(fù)合材料封裝的電池容量仍可維持在105.0 mAh/g，且在拉伸、彎曲、扭曲等變形狀態(tài)下，其恒流充放電曲線和相應(yīng)的容量都幾乎保持不變。這表明，此類器件作為可拉伸電子器件中的儲(chǔ)能組件潛力巨大。

此外，研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)液態(tài)金屬封裝復(fù)合材料對(duì)乙醇等常用有機(jī)溶劑也具有優(yōu)異的密封效果，這有望為柔性電子器件熱管理提供全新可靠的解決方案。

上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院博士申清臣、蔣墨迪、王銳桐、宋柯賢和美國北卡羅來納州立大學(xué)化學(xué)與生物分子工程系Man Hou Vong為論文共同第一作者，上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授鄧濤、副研究員尚文、美國北卡羅來納州立大學(xué)化學(xué)與生物分子工程系教授Michael D. Dickey、A123系統(tǒng)研發(fā)中心博士王浚為論文共同通訊作者。

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