電子產(chǎn)品產(chǎn)生大量的熱量，這種熱量積累可能導(dǎo)致溫度超過安全限制，增加熱失效甚至組件燒毀的風(fēng)險。盡管在柔性和可拉伸電子、熱安全性和穩(wěn)定性方面的快速發(fā)展在很大程度上仍未得到探索。雖然一些研究建議采用高導(dǎo)熱材料(如液態(tài)金屬)來改善可拉伸電子產(chǎn)品的導(dǎo)熱性，但過熱情況下(特別是火災(zāi))的熱積累和溫度上升問題不容忽視。特別是，在可拉伸電子中使用的彈性體襯底由軟聚合物組成，使它們極易受到熱量和火焰的影響。此外，這些電子產(chǎn)品中使用的薄膜襯底具有高表面積與體積比，導(dǎo)致反應(yīng)性增加和穩(wěn)定性降低。這些因素在涉及可拉伸電子的應(yīng)用的安全性和穩(wěn)定性方面引起了嚴重的關(guān)注。通過阻燃添加劑方法、共聚和表面處理，將熱惰性和火焰惰性材料納入聚合物材料中，是一種研究得很好的實現(xiàn)熱保護和防火的方法。然而，基于塊體的方法，如使用阻燃添加劑和共聚，會導(dǎo)致剛度增加和拉伸性降低由于引入了剛性和剛性阻燃成分。另一方面，表面阻燃處理對基材的整體性能的影響可以忽略不計，因為它們只涉及在表面上應(yīng)用阻燃成分。然而，大多數(shù)阻燃劑，如金屬氫氧化物和二氧化硅，由于其易碎和不可拉伸的性質(zhì)，與可拉伸電子產(chǎn)品不相容。
被動放射性冷卻已經(jīng)被開發(fā)用于個人和工業(yè)應(yīng)用的熱管理，通過將熱量散發(fā)到低溫的宇宙中，在白天將溫度降低幾個開爾文。但在緊急情況下，為了防止人員受傷或損壞，需要快速散熱，例如攜帶可穿戴設(shè)備的人員遇到火災(zāi)。因此，開發(fā)可拉伸阻燃表面封裝對于保證可拉伸電子產(chǎn)品的穩(wěn)定運行至關(guān)重要。
近日，南洋理工大學(xué)陳曉東、清華大學(xué)馮雪、蘇州大學(xué)姬少博聯(lián)合針對柔性和可拉伸電子產(chǎn)品的實際應(yīng)用受到其熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性的影響的問題取得最新進展。本文提出了一種水凝膠封裝策略，以提高可拉伸電子產(chǎn)品的阻燃性和熱穩(wěn)定性。水凝膠為基礎(chǔ)的封裝提供熱保護，防止火焰超過10秒通過蒸發(fā)的水。此外，通過吸收空氣水分，可自動恢復(fù)拉伸性和功能。水凝膠封裝的結(jié)合使可拉伸電子設(shè)備能夠保持其功能并執(zhí)行復(fù)雜的任務(wù)，例如軟機器人中的消防和集成電子傳感。高焓散熱，封裝軟電子設(shè)備有效屏蔽，并保留其全部功能。這種封裝有效地為可拉伸設(shè)備提供熱保護和阻燃性(FR)。經(jīng)過火焰處理后，該封裝設(shè)備表現(xiàn)出更高的穩(wěn)定性，能夠承受長達10秒的燃燒，散熱量是原始耐受性的8倍。此外，通過使用吸收空氣水分的干燥劑，F(xiàn)R裝置的拉伸性和傳感性能可以很容易地恢復(fù)。該策略為實際應(yīng)用中提高可拉伸電子器件的熱穩(wěn)定性提供了一條通用途徑。研究成果以“Mitigating the Overheat of Stretchable Electronic Devices Via High-Enthalpy Thermal Dissipation of Hydrogel Encapsulation”為題發(fā)表在《Advanced Materials》。
03 圖文導(dǎo)讀
圖1. 高焓熱耗散（HEAT）封裝策略。 圖2. 高焓熱耗散封裝機理。 圖3. 阻燃伸縮裝置。 圖4. 集成式FR電子系統(tǒng)。
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