近日，西北工业大学化学与化工学院顾军渭教授/张军亮副教授在《Advanced Science》期刊在线发表题为《Highly Thermally Conductive Liquid Crystalline Epoxy Resin Vitrimers with Reconfigurable, Shape-Memory, Photo-Thermal, and Closed-Loop Recycling Performance》的研究论文。
传统热固性环氧树脂的低本征导热性能、低韧性、不可再加工和回收性严重限制了其在柔性电子领域的应用和可持续发展。本研究将液晶环氧（LCE）与动态共价键（酯键和二硫键）引入到通用双酚A型环氧树脂（E-51）固化网络中，制备了具有可再加工和回收性的柔性高本征导热液晶环氧（LCER）类玻璃高分子。通过调节LCE与E-51的比例，LCER类玻璃高分子表现出可调控的机械性能，能够从软弹性体过渡到强韧体。当LCE与E-51的比例为75 mol%：25 mol%时，LCER兼具出色的导热性能和机械性能，其面内导热系数为1.27 W m-1 K-1，超过E-51（0.61 W m-1 K-1）的两倍；拉伸强度和韧性分别提高到14.1 MPa和20.1 MJ/m3，是E-51的2.88和2.45倍。同时，液晶独特的相变性和动态共价键的可交换性赋予LCER三重形状记忆、3D永久形状重构等功能，经过四次重塑的导热系数和拉伸强度可分别保持在原始性能的94%和72%。此外， LCER中0.5 wt%碳纳米管（CNTs）的加入，使其具有稳定的光热转换性能，并能在808 nm的近红外光下实现可控“开”和“关”切换。同时，CNTs/LCER 类玻璃高分子在近红外光下能够实现精准光致驱动、形状记忆、局部自修复和自焊接，并可以实现闭环回收和快速降解。本工作有效解决了环氧树脂本征导热性能差、不可再加工和回收的关键难题，为环氧树脂在新一代绿色环保的电子封装、软体机器人和可穿戴设备等领域的应用和发展提供了新的研究思路。
图1 LCER类玻璃高分子的制备以及二硫键和酯键交换示意图
图2 LCER的再加工以及再加工前后的力学性能和导热性能（a-d）；LCER的三重形状记忆和3D永久形状重构（g、h）
图3 CNTs/LCER的光热转换效应（a-c）；CNTs/LCER的光致驱动、局部自修复和自焊接性能（d-f）
图4 CNTs/LCER的闭环回收（a-h）和降解性能研究（i、j）。
西北工业大学化学与化工学院2022级硕士研究生张峰源为论文的第一作者，张军亮副教授和顾军渭教授为论文的共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金面上项目、陕西省重点研发计划、陕西省自然科学基础研究计划、陕西省科技创新团队、重庆市自然科学基金等的资助支持。
论文信息：
Fengyuan Zhang, Junliang Zhang*, Kuan Zhang, Xiao Zhong, Mukun He, Hua Qiu and Junwei Gu*. Highly Thermally Conductive Liquid Crystalline Epoxy Resin Vitrimers with Reconfigurable, Shape-Memory, Photo-Thermal, and Closed-Loop Recycling Performance.Advanced Science, 2024,10.1002/advs.202410362.
论文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202410362
作者简介：
张军亮，副教授、硕士生导师。入选2022和2023年斯坦福大学发布的全球前2%顶尖科学家“年度影响力”榜单。主要从事本征导热高分子、树脂基透波复合材料的制备研究。获中国轻工业联合会技术发明奖一等奖（6/6）。主持国家自然科学基金（面上项目、青年科学基金项目）、陕西省自然科学基础研究计划面上项目等省部级及以上项目8项。以第一/或通讯作者在Angew Chem Int Ed, Adv Sci和JACS Au等期刊发表SCI论文20余篇。授权国家发明专利3件。参编教材1部。
顾军渭，西北工业大学化学与化工学院院长，教授、博导，国家级领军人才、陕西省杰出青年科学基金获得者，“导热高分子复合材料”陕西省科技创新团队带头人。当选英国皇家化学会Fellow，英国皇家航空学会Fellow，英国材料、矿物与矿业学会Fellow。入选科睿唯安全球“高被引科学家”、爱思唯尔“中国高被引学者”。现任中国复合材料学会副秘书长/理事、中国复合材料学会人才评价工作委员会主任/导热复合材料专业委员会常务副主任、陕西省高分子科学与技术重点实验室副主任。主要从事功能高分子复合材料和纤维增强先进树脂基复合材料的设计制备及成型加工研究。以第一/第二完成人获陕西省自然科学奖二等奖、中国轻工业联合会技术发明奖一等奖、教育部技术发明奖二等奖等省部级科研奖励5项。获国际聚合物加工学会Morand Lambla Award（莫然达-拉姆伯拉成就奖，每届全球1名）、中国复合材料学会青年科学家奖、中国化学会高分子创新论文奖（2次）、高分子成型加工及其产业发展“新锐创新奖”等。主持国家自然科学基金联合基金重点项目等省部级及以上项目30余项。以第一和/或通讯作者在Angew Chem Int Ed, Adv Mater和Sci Bull等期刊发表学术论文180余篇。主/参编英文专著4部。授权国家发明专利34件。任Compos Sci Technol、Nano-Micro Lett、高分子通报等多个期刊副主编、编委。
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