近日，清华大学化工系徐军课题组在《Materials Horizons》期刊上发表了题为Thermal and UV Light Adaptive Polyurethane Elastomer for Photolithography-Transfer Printing Flexible Circuits（doi:10.1039/D2MH01005D）。本文提出了“一石二鸟”的简便策略，用于合成热-紫外调控的聚氨酯弹性体，该弹性体具有高强度、自愈合、表面可改性和图案化功能，可用于光刻-转印柔性电路。文章的第一作者为史家昕博士，本研究得到清华大学自主科研项目和国家自然科学基金等资助支持。
作为柔性电子领域中的可拉伸基底，聚合物弹性体的本征性能非常重要，包括强度、回弹、自愈、功能化、图案化印刷等。然而，如何平衡这些性质，仍然是一个重要挑战。此外，聚合物的表面改性在柔性电子的应用中也非常重要，例如油墨印刷、抗菌等，而这很少被报道。基于本课题组前期对酚-氨基甲酸酯动态共价键（Polymer, 2019,121788； ACS Sustain. Chem. Eng. 2020, 8, 1207; Polym. Chem. 2021, 12: 2421）调控的系统研究和对聚氨酯/脲高韧性分子机制的理解（Macromolecules, 2022, 55, 3020; Mol. Simul. 2021, 47, 1258），开发了一种多功能的动态共价交联聚氨酯弹性体。其中，起到核心作用的是二羟基二苯甲酮单体。首先，其与异氰酸酯反应形成的酚-氨基甲酸酯键是一种高温解离的动态共价键，赋予材料自愈合、表面粘附导电颗粒等性质。其次，二苯甲酮单元对紫外光敏感，可产生自由基，从而实现表面接枝改性和图案化控制导电颗粒粘附性等性质（图1）。
基于适当的软硬段和化学交联结构设计，该材料具有高强度、高回弹率等特点，且自愈合效率高（图2）。短时间的紫外照射可以使材料表面产生少量自由基，诱发表面涂覆的烯丙基单体聚合，实现表面改性，同时保留自愈合性（图3b-c）。而长时间的紫外照射会在表面产生大量不可逆的C-C键，使照射区域模量提高、松弛速率下降（图3d-f）。因此，可以利用光刻法先在材料表面形成局部自交联的图案，再将沉积有导电颗粒的薄膜覆盖于材料上，利用动态共价网络的重排实现导电颗粒的图案化牢固粘附（图4a,4f）。所制备的柔性电路具有低电阻、电导率稳定、可愈合等特点(图4b-e)。本研究开发了一种合成简单、多功能的柔性电子聚合物基体，同时提供了光刻-转印制备柔性电路的新策略。未来，基于功能单体的动态聚合物可应用在不同领域的各种功能性材料中。
图3 利用二苯甲酮单元实现弹性体的表面光接枝、表面自交联
原文链接：
https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2022/MH/D2MH01005D
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