可穿戴电子器件在生命体征监控、人机交互等领域展现了广【阔的应用前景，发展迅猛，同时对材料也提出了越来越高的要求，可拉伸、弹性的导电材料成为其中磅礴兴起的热点方向。电子设备的○使用寿命有限，它们在使用过♀程中不可避免地会发生损坏并丧失功能，成为电子垃圾。随着可穿戴电子器件越来越广泛的使用，给□环境造成的污染日益严重，亟待解决。

据此，东华大学材料科学与工程学院游正伟教︻授团队研制了基于Diels-Alder协同反应的新型可重塑、可降解的动态交联弹性高分子，进而通过纳米复合，构筑了具有良好韧性和拉伸性的导电弹性体，其可3D打印便捷定制可穿戴电子器件〇，特别是可以通过3D打印实现直接高效回收和同步加工再利用，为解决日益严重的电子垃圾问题提供了新材料№新思路。相关研究工作近期以《可降解完全可回收动态热固性弹性体用于3D打印可穿戴电▃子器件》（Degradable and Fully Recyclable Dynamic Thermoset Elastomer for 3D-Printed Wearable Electronics）为题发表于《先进功能材料》（AdvancedFunctional Materials），我校材料学院博士生郭一凡、陈硕为共▲同第一作者，游正伟教授为通讯作者。

该工作设计的关键是具有良好的动态性的聚酯弹性体PFB。PFB通过呋喃和ω　马来酰亚胺结构之间的Diels–Alder环加成』反应实现动态交联，由于环加成反应属于协同反应，具有高的特♂异性，因此PFB在环境下可以保持持久的动态性，具有良好的热塑性，可以通过3D打印工艺便捷地加工和回收利用。相比之下，目前大量使用的基于离子和自由▓基反应的可逆交联体，其中间体容易被水分、氧气等淬灭，因而不宜长期使用。并且PFB同时具有可降解∮性。电子器件的回收循环数量有限，降解仍然是电子垃圾的最终解决〗方案。可回收电子产品的可降解性此前研究甚少。本工作选择酯键来构建聚合物的主链，一方面其具有良好的热稳定性，PFB分解温度超々过300℃，而同时酯键又具有良〓好的水解和酶降解性能，使其具有方便的环境和生物降解性。由此构建的电子产品能够将可回收性和可降解性结合，有望大大◥减少由其产生的电子垃圾对环境的影响。

图1.可降解、可重塑弹性高分子（PFB）的设计及其动态性表征

导电复合弹性体的研制

将PFB弹性高分子与纳米导电填料碳纳米管、银纳米片和炭黑复合研制了弹性导电复↑合材料（PFBC）。当样品拉伸100％时，PFBC电阻只发生轻微变化，并且在循环拉伸过程中表现出良好的导←电稳定性。因此PFBC有望适用于制备动态力学环境中使用的〇电子设备。回收的PFBC保持了其良好的力学性能和电导率（约100 S cm-1）。韧性是表征材料力学性能的一个重要参数，材料的韧性越高，越不容易被破坏，越耐用。因此，高韧性材料是可穿戴电子产→品的理想选择。经过三次循环后，PFBC的韧性仍能保持在10.1 MJ m-3，明显高于已报道的用于可回收利用的电子器件的导电↓材料。此外，由于CNT等纳米填◆料的存在，PFBC在近红外光照射下，产生光热效应，促进PFB中的Diels–Alder反应，从而使材料表现出良好的自修复性能。

图2.导电纳米复合弹性体PFBC具有良好的导电性、自修复性、加工性和回∑收性等综合性能，为可穿戴电子器件的构筑提供了理想材料。

首次报道3D打印可回收可穿戴电子器件

接着，本工作证实PFB/PFBC材料高效构筑可回收电子器件的应用。通过3D打√印直接回收再利用PFB/PFBC材料，依次制备了摩擦纳米发电机（TENG），电容式压力传感器和柔性键盘，分别应用于能量收集设备、动作监测传感器和可穿戴信号输入器，显示其广阔的应用前景。

图3.PFB/PFBC通过3D打印高效回收利用，构●建多样的可穿戴电子器件。

稳定性与降解性的有机结合

由于材料具有稳定的共价交联结构，其制备的电子器件具有出色稳定性。上述三种电子器件在上々千次的循环测试中均展现了稳定的电学信号。本工作以3D打印的压力传感器作为代表考察了器件的环境耐受性。分别在高温（100°C加热1h）（Ⅰ），高湿度（> 60％放置1个月）（Ⅱ），盐水（Ⅲ）和乙醇（Ⅳ）浸泡24小时后进行测试，压力传感器的电信号均保持一致，表明其具有☉良好的环境耐受性。更进一步的，通过酶解实验，验证了制备的电子器件的降解性，而此前报道的可回收电子器件的降解性一直被忽略。可回收利用和降解性的↑结合为电子垃圾问题的解决提供了新材料、新思路。

图4.3D打印可穿戴电子器件良好的稳定性、环境耐受性及降解↘性。

该工作获得了国家自然科学基金、上海市自然科学基金▓、东华大学励志计划等项目资助。

原文链接：Guo, Y., et al., Degradable and Fully Recyclable Dynamic Thermoset Elastomer for 3D-Printed Wearable Electronics. Adv. Funct. Mater. DOI：10.1002/adfm.202009799 https://doi.org/10.1002/adfm.202009799

视频： 摄影: 撰写：游正伟信息员：星禧编辑：孙庆华