基于液态金属（LM）的聚合物复合材料通常面临两大挑战：低含量时难以形成连通网络，高含量时难以防止渗漏。这源于液态金属固有的零维球形结构和流体特性。本文，四川大学聂闰盼 助理研究员、鄢定祥研究员等在《Small》期刊发表名为“Highly Stretchable and Self-Healable Graphene-Encapsulated Liquid Metal Composites for Multifunctional Applications”的论文，研究用石墨烯纳米片（GNS）包裹液态金属液滴，二者协同作用在超分子聚氨酯脲（PUU）基体中形成混合网络。在混合网络中，GNS不仅作为LM液滴间的桥梁形成高效通路，还通过包裹LM有效防止其渗漏。
具体而言，仅添加2.0体积百分比的GNS，即可使复合材料在25体积百分比GNS@LM含量时获得548.1 S/m的优异导电性，并在45体积百分比GNS@LM含量时展现出卓越的防渗漏性能。此外，该GNS@LM/PUU复合材料具有902.4%的高伸长率，以及优异的自愈合性能——在80℃条件下经24小时处理后，电导率恢复效率高达96.0%。该复合材料在热管理、屏蔽及焦耳加热领域展现出巨大潜力。本研究为制备高性能LM基复合材料提供了简便策略，有望在高度集成电子器件的多功能应用中发挥重要作用。
图1、a) Design concept for the PUU-based composite with GNS@LM hybrid networks. b) SEM images of the GNS@LM/PUU composite. c) Comparison of key performance of the GNS@LM/PUU composite with other previously reported LM-based stretchable materials (abbreviation: ε, elongation at break; σ, electrical conductivity; Tc, thermal conductivity; EMI SE, electromagnetic interference shielding effectiveness; ηself-healing, self-healing efficiency).
综上所述，通过在超分子PUU基体中构建GNS包覆的LM杂化网络，制备出高性能的GNS@LM/PUU复合材料。引入的GNS在低含量时发挥双重作用：既能连接相邻LM液滴以形成高效导电路径，又能在高含量时防止LM渗漏。25体积百分比的GNS@LM/PUU复合材料在仅含2.0体积百分比金纳米棒时即展现出548.1 S m⁻¹的卓越导电性，而45体积百分比的GNS@LM/PUU（含2.0体积百分比金纳米棒）仍保持优异的抗泄漏性能。此外，该复合材料具有高达902.4%的伸长率，展现出优异的可拉伸性。超分子PUU基体的动态特性赋予复合材料卓越的自愈能力：在80℃条件下经24小时处理后，电导率恢复率达96.0%。该材料在热管理、电磁屏蔽及焦耳加热领域展现出广阔应用前景。本研究为设计高性能LM基材料开辟了新路径，有望推动新一代高集成度可拉伸电子器件的发展。
文献：https://doi.org/10.1002/smll.202506423
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