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中国农业大学在柔性复合功能材料及应用方面取得重要研究进展
2020-05-18    来源:中国农业大学  浏览次数:
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近日,中国农业大学工学院何志祝副教授在Advanced Materials和Advanced Science期刊上分别以题为“Ferromagnetic liquid metal putty-like material with transformed shape and reconfigurable polarity”和“A super-stretchable liquid metal foamed elastomer for tunable control of electromagnetic waves and thermal transport”在线发表研究论文。该研究研发了系列新型柔性复合功能材料并创新了智能传感和磁控仿生机器人等应用技术。



具有磁控效应的复合功能材料在智能传感、仿生机器人、能源技术和生物医学等领域显示出巨大的应用价值,引起了人们极大的研究兴趣。研究小组以室温镓基液态金属为基载液和钕铁硼微颗粒为磁性载体,制备出磁极可重构的液态金属永磁体,革新了传统的永磁体固体特性和磁流体的电绝缘性。基于其特有的高导电(>106S/m)和剩磁性(>30emu/g)以及可重构性,发展了磁性电路打印、磁性传感器、磁控柔性机器人等系列创新应用。特别是,研制了一种磁控仿生爬行机器人,其爬行速度高达29.7mm/s。该研究拓宽了磁性复合功能材料的内涵,同时为柔性电子、智能传感和软体机器等领域发展提供了新的研究思路。该项研究成果以Back cover paper形式发表在Advanced Materials期刊上,硕士生曹凌霄和于得海为共同第一作,何志祝副教授为通讯作者。


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随着5G等通讯技术的快速发展,功能芯片的功率不断提升,随即带来电磁污染和温控等难题。传统电磁屏蔽材料柔性较差,且在抑制电磁污染的同时会影响正常电磁通信,其较低的传热性能阻碍了芯片散热。针对上述问题,研究小组构建了一种以低熔点金属为多孔骨架结构并以液态金属弹性体封装的柔性复合功能材料,表现出独特的热-电-机械协同效应。该效应可用于制作压力及形变传感器,同时可通过拉伸对其导热和电磁抗干扰性能进行动态可逆调控,比如在热拉伸400%下获得高热导率(8.1W/mK)、电导率(104S/cm)及电磁屏蔽效能(83dB),相同的冷拉伸却导致低热导率(0.5W/mK)和电磁屏蔽效能(趋于零)。另外,复合功能材料具有较高的相变潜热(117J/mL),可有效降低柔性电子器件温升。上述研究可进一步拓展到可穿戴电子以及动植物生理在线监测等应用交叉领域。该研究在线发表于Advanced Science期刊,硕士生于得海为第一作,何志祝副教授为通讯作者。


上述研究得到国家自然科学基金重点项目、国家电网公司科技项目以及中国农业大学优秀人才引进启动经费等支持。