最新刊期
      2024 年 第 55 卷 第 6 期

        专论

      • 李松壕,孙明源,魏子翔,王以轩,胡文平
        2024, 55(6): 637-654. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2024.24004
        摘要：在物联网飞速发展的智能时代，高分子光电材料具有更低的杨氏模量和更好的本征拉伸性，成为人机交互设备的理想选择. 本文从平衡高分子光电材料电学(载流子传输需求)和力学(可拉伸需求)性能这一难点出发，根据可拉伸器件在人机交互中的应用功能，总结了供能、传感、神经接口和显示等功能模块材料/器件方面的创新性成果，分析了各功能器件及多功能集成面临的共性问题，并展望了智能人机交互系统的发展前景. 介绍了本征可拉伸功能器件包括有机太阳能电池(OSCs)、有机热电器件(oTEGs)、离子电池、纳米发电机(NGs)和超级电容器(SCs)，有机光电探测器(OPDs)、化学传感器和热传感器，多模态阵列电极(MEAs)和有机电化学晶体管(OECTs)，有机电化学发光器件(OLECs)、有机电致变色显示器(OECDs)和有机发光二极管(OLEDs)，有机场效应晶体管(OFETs)和多功能集成系统等. 分析表明，可拉伸高分子光电材料的光电性能进一步提升和各功能层间的动态稳定界面，是未来研究重点.  
        关键词：人机交互;高分子光电材料;光电器件;本征可拉伸   
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        发布时间：2024-06-05

        综述

      • 李颀,王丽华,樊春海,叶德楷
        2024, 55(6): 655-672. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2023.23308
        摘要：水凝胶材料能有效提升柔性电子器件与人体组织的相容性，在智能穿戴、健康监测和人机接口等研究领域展现了巨大的应用潜力. 然而，传统的水凝胶材料难以在器件界面进行原位无损的结构调控，同时也缺乏对多类型生化刺激的识别响应能力，这制约了水凝胶柔性电子器件的高性能构筑和多功能应用. DNA水凝胶制备工艺温和，结构精确可控且具有丰富的生化识别响应性，是柔性电子器件功能化的理想材料之一. 本文着重介绍了DNA水凝胶的材料特性及其柔性电子器件应用的研究进展. 首先介绍了纯DNA水凝胶和杂化DNA水凝胶的制备方法，以及面向多类型功能界面的构筑策略. 通过对DNA水凝胶力学特性、识别响应性和生物相容性的深入分析，展示了其在器件功能调控和生物医学应用方面的重要价值. 其次，详细探讨了DNA水凝胶功能化的柔性电子器件在传感、储能和显示等方面的研究进展，展现了其在人体健康监测和智能穿戴领域的应用前景. 最后，对DNA水凝胶在柔性生物电子领域的未来发展进行了展望.  
        关键词：DNA水凝胶;刺激响应;柔性电子器件;传感器   
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        发布时间：2024-06-05

        研究论文

      • 李昊,罗曼曼,祝守加,朱爱云,虞梦娜,冯全友,解令海
        2024, 55(6): 673-687. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2023.23298
        摘要：螺芴氧杂蒽作为一类重要的宽带隙蓝光材料功能砌块，常被用于构筑具有优异光电性能和器件稳定性的聚合物半导体，但螺芴氧杂蒽类聚合物柔性化的构筑却很少被报道. 基于此，本文报道了高效合成单螺环/并环螺芴氧杂蒽类单体及其蓝光聚合物，包括均聚物PC8SFX-Homo、PDSFX-Homo和共聚物PC8SFX-Co、PDSFX-Co，其中并环聚合物(PLQYsol=88.2%，EQEmax=0.52%)无论是发光效率还是柔性器件性能均明显优于单螺环体系(PLQYsol=11.1%，EQEmax=0.17%). 且并环聚合物表现出更低的内部应力. 同时通过主链柔性化策略引入柔性链段共聚在获得更优柔性的同时能够获得更优异的发光性能和更好的柔性发光二极管器件性能. 该工作为构建柔性电子应用的宽带隙深蓝光聚合物及其柔性发光显示器件应用提供了新的思路.  
        关键词：螺芴氧杂蒽;蓝光聚合物;链柔性化;力学行为;柔性有机发光二极管   
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      • 万一,李祥春,薛倩,赖文勇
        2024, 55(6): 688-697. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2024.24011
        摘要：基于共轭聚合物骨架的自愈合弹性体对于可拉伸电子至关重要. 本文工作通过氢键侧链来调控共轭聚合物的机械性能以及自愈性能，同时确保发光共轭聚合物保持固有的光物理特性. 设计并制备了高性能的可拉伸自愈合发光弹性体，其机械拉伸长度接近900%，常温下的自愈效率达到70%，且发光量子效率超过60%. 这种发光弹性体在经历400%的拉伸形变并回复后，不仅机械性能能够恢复，光物理性质也恢复如初. 利用该弹性体，制备了多功能的光电器件.  
        关键词：柔性电子;共轭聚合物;氢键;自愈合弹性体   
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        发布时间：2024-06-05
      • 曾光,张奔,李耀文
        2024, 55(6): 698-708. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2024.24013
        摘要：活性层形貌优化是实现高效、稳定的体异质结有机太阳能电池(OSC)的关键，添加剂工程被广泛用于优化OSC活性层的膜形貌. 基于此，本文工作提出了一种利用具有简单结构的液晶分子4-氰基-4'-庚基联苯(7-CB)作为添加剂优化给体聚合物(PM6)在共混膜中聚集行为的策略. 通过掠入射广角X射线散射、原位吸收光谱及分子动力学模拟等表征发现，7-CB通过与PM6的烷基侧链之间的范德华力和CH/π相互作用诱导PM6规整排列，增强了PM6之间的相互作用，提高了活性层薄膜的结晶度. 得益于此，无任何后处理的活性层薄膜中电荷传输得到改善，电荷重组被大幅抑制. 基于7-CB处理的PM6:L8-BO制备的硬质和柔性二元OSCs效率分别从15.41%和14.90%提高到18.01%和17.26%.  
        关键词：有机太阳能电池;添加剂;自组装   
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        发布时间：2024-06-05
      • 徐静,陈天泽,邵明超,郭云龙,张新瑞,王廷梅
        2024, 55(6): 709-717. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2024.24024
        摘要：开发具有持久稳定室温磷光的弹性体材料是柔性电子学和光子学领域的一大挑战. 本文报到了一种高度可拉伸、高机械强度且可持续发光的室温磷光共价有机框架弹性体(SPU-D230-UPy COF)材料. 该材料由烷基链软段与含多重氢键硬段限域共价有机框架而组成，展现出高的机械性能和高弹性. 在除去365 nm的激发后，具有明亮且持续的室温磷光发射特性(发光时间持续3.0 s). 力学研究表明，其具备约33.5 MPa的强度、约188.26 MJ/m3的优异韧性以及约76.6 MPa的杨氏模量. 同时该弹性体即使经历反复的机械变形也能保持优异的光学性能. 本研究为发光弹性体在可穿戴设备、柔性显示器和防伪设备等方面的应用奠定了基础.  
        关键词：弹性体;共价有机框架;超长室温磷光;多重氢键   
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      • 林云飞,程鑫慧,夏利琼,刘瑾,张茜,龚剑亮,陈义旺
        2024, 55(6): 718-728. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2024.24028
        摘要：微电子系统的创新功能设计及其柔性集成封装是推进智能可穿戴设备在主动健康监测领域应用发展的核心动力. 本研究采用控制处理芯片、温湿度传感器、信号采集与无线传输模块以及光纤等光/电子元器件和功能模块设计与开发了一套温湿度数据可视化监测系统，并基于超低模量有机硅非水凝胶和3D间隔织物为主要材料复合制备了一种兼具本征和结构柔性的可拉伸电路板对其实现了一体柔性集成与封装，发展得到了一款可穿戴人体微环境(数据)可视化监测功能腰带. 所使用的新型有机硅非水凝胶复合织物材料杨氏模量和抗弯刚度分别仅为0.113 MPa和114.680 mN·mm，在充分保留原织物基底柔软顺应性的同时，还有效地引入了有机硅类材料固有的优异生物相容性、疏水性和电绝缘性，并实现了断裂拉伸强度和断裂拉伸率等力学性能的进一步增强，分别提高了48.775%和22.507%. 经其集成与封装得到的人体微环境可视化监测功能腰带采用假人进行穿戴模拟测试，通过可拉伸光纤显示板颜色变化成功地实现了人体微环境温湿度变化情况实时探测和监控. 该功能腰带还可通过与手机和电脑等设备进行连接，实现人体微环境数据的移动监测和云存储，在老年人卧床护理等特殊护理领域显示出优异的应用潜力.  
        关键词：柔性电子;可拉伸电路板;人体微环境;生理数据可视化;健康监测与护理   
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      • 王田田,孙碧玮,吴春姬,崔冬梅
        2024, 55(6): 729-737. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2023.23276
        摘要：设计合成了一类氮原子上含脂肪族取代基的β-双亚胺的配体及其相应的稀土金属配合物1~3. 在助催化剂有机硼盐和烷基铝的作用下，将配合物1~3用于催化邻甲氧基苯乙烯(oMOS)聚合中，制得了高间规选择性(rrrr‍>‍99%)聚合物，所得聚合物的玻璃化转变温度Tg为-90 ℃，熔点Tm为240 ℃. 将配合物2用于催化异戊二烯(IP)均聚合，得到了以1,4-结构为主(含量约88.6%)的聚合物，玻璃化转变温度Tg为-57 ℃. 此外，借助DFT理论计算，发现配位模式是决定邻甲氧基苯乙烯聚合物立体选择性的关键.  
        关键词：稀土催化剂;高间规选择性;邻甲氧基聚苯乙烯   
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      • 杜杰,刘孟,王丽萍,郭彪,谭欣欣,罗文华
        2024, 55(6): 738-749. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2023.23273
        摘要：氘(氚)代聚合物是一类很有前景的惯性约束聚变靶材料. 为制备具有较多加氚位点的氘代聚合物，开展了环辛二烯的氘代及开环易位聚合实验研究. 对1,5-环辛二烯反应过程中间产物组分进行分析，研究了其氘代反应机理. 通过核磁共振波谱(1H-NMR、2H-NMR、13C-NMR)分析，表明环辛二烯氘代后的副产物为氘代环辛烯. 研究了温度、添加剂、反应时间对产物氘代率及副产物生成率的影响，获得了优化的反应条件，并制备了氘代率高达96%的氘代1,3-环辛二烯. 开展了(氘代)1,3-环辛二烯的开环易位聚合实验，其中大量连续共轭双键的存在导致聚合物结晶使得其溶解性较差. 在5 wt%的Pd/BaSO4与Grubbs二代催化剂的存在下，开展了聚1,3-环辛二烯、氘代1,3-环辛二烯与氘代环辛烯共聚物的固相催化加氘实验，均可加氘至接近饱和，在此过程中伴随着明显的氢同位素交换反应. 发展了一种均相固相催化氢同位素加成的方法，有望实现在已成型的氘代聚合物靶丸上直接加氚，从而制备氘-氚代聚合物靶丸.  
        关键词：氘代机理;氘代聚合物;开环易位聚合;固相催化氘化   
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      • 赵乐,杨静,吕杨奇,唐春霞,关玉,付少海
        2024, 55(6): 750-760. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2023.23267
        摘要：针对目前共聚法制备的彩色纳米乳胶粒存在着色力差，难以实现对织物深、浓染色的问题，首先通过计算常用聚合单体的溶解度参数，筛选出对可聚合蒽醌染料溶解性更好的硬、软单体组合，再通过半连续乳液聚合的方法制备了聚(丙烯腈/丙烯酸乙酯)红色纳米乳胶粒，采用红外光谱仪、透射电子显微镜、示差扫描量热仪、电子万能材料试验机等仪器对乳胶粒的结构和性能进行了表征，探究了硬、软单体比例、可聚合染料用量、油水比、引发剂浓度等因素对乳胶粒性能的影响，并研究了不同固含量的红色纳米乳胶粒对棉织物的印花效果. 结果表明：硬单体丙烯腈(AN)和软单体丙烯酸乙酯(EA)对染料的溶解性良好，当二者比例在1:1.5~1:2时，所得乳胶膜兼具强力及延展性；染料的用量从0.5 wt%增加到2.5 wt%，油水比从1:8增加到1:4，单体和染料的转化率都呈降低趋势；当乳胶粒固含量为30%时，印花织物的K/S值为10.34. 与以往共聚法制备的彩色乳胶粒相比，乳胶粒中染料的接枝率大幅上升，有效提高了彩色纳米乳胶粒的着色力.  
        关键词：彩色乳胶粒;纳米颜料;乳液聚合;印花   
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      • 周仕兵,郭元龙,裴敏,邓磊,陈文红,吕昌伟,谢海波
        2024, 55(6): 761-769. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2023.23260
        摘要：在1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯/二甲基亚砜/二氧化碳(DBU/DMSO/CO2)溶剂体系中，有机碱DBU既作为溶剂组分又作为催化剂可以实现纤维素的－OH与α-当归内酯(α-AL)的转酯化反应，制备高取代度、水溶性的纤维素乙酰丙酸酯. 本文中以纤维素和α-AL、酸酐为原料，在该溶解体系中通过一锅法制备了纤维素乙酰丙酸混合酯. 并系统地研究了反应时间、温度和α-AL/酸酐/－OH的摩尔比对单体转化率和取代度(DS)的影响. 结果表明，在80 ℃下反应3 h，可以获得DS为3.0的纤维素乙酰丙酸混合酯. 采用核磁谱图、傅里叶红外光谱、热重分析及示差扫描量热测试等研究纤维素乙酰丙酸混合酯的结构及热性能，结果表明材料具有良好的热稳定性，其玻璃化转变温度随着侧链烷基延长而降低. 不仅如此，纤维素乙酰丙酸混合酯薄膜显示出良好的力学性能，纤维素乙酰丙酸乙酸酯(CLE-A)薄膜最大拉伸强度可达32.02 MPa，纤维素乙酰丙酸丁酸酯(CLE-B)薄膜断裂伸长率达到65.83%.  
        关键词：纤维素;纤维素衍生物;纤维素乙酰丙酸酯;纤维素乙酰丙酸混合酯   
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      • 刘娇玉,刘爽,索泓一,秦玉升
        2024, 55(6): 770-780. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2023.23289
        摘要：发展绿色、高效的催化剂技术替代目前广泛应用的锡类催化剂一直是聚乳酸(PLA)及其相关催化剂技术研究领域的热点. 本研究设计合成了双核胍基锌配合物，该配合物以环氧化物作为共引发剂，可在模拟工业条件下以较高的活性(TOF = 7.50×103~3.45×104 h-1)催化丙交酯开环聚合，且在极低的催化剂浓度条件仍可保持良好活性. 聚合所得产物的凝胶渗透色谱(GPC)曲线呈单峰窄分布(1.25~1.49)，分子量为6.2~34.3 kg/mol. 通过对低分子量聚合产物进行基质辅助激光解吸/电离飞行时间质谱(MALDI-TOF-MS)表征分析，证实所得聚合产物以环状聚乳酸(c-PLA)为主，并提出可能的成环机理. 此外，该双核胍基锌配合物具有较好的普适性，可实现ε-己内酯(ε-CL)和δ-戊内酯(δ-VL)等多种内酯单体的开环聚合.  
        关键词：金属胍配合物;丙交酯;环状聚乳酸;双核锌配合物   
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