又一AM，水凝胶实现电子设备散热

来源 | Advanced Materials

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背景介绍

电子产品产生大量的热量，这种热量积累可能导致温度超过安全限制，增加热失效甚至组件烧毁的风险。尽管在柔性和可拉伸电子、热安全性和稳定性方面的快速发展在很大程度上仍未得到探索。虽然一些研究建议采用高导热材料(如液态金属)来改善可拉伸电子产品的导热性，但过热情况下(特别是火灾)的热积累和温度上升问题不容忽视。特别是，在可拉伸电子中使用的弹性体衬底由软聚合物组成，使它们极易受到热量和火焰的影响。此外，这些电子产品中使用的薄膜衬底具有高表面积与体积比，导致反应性增加和稳定性降低。这些因素在涉及可拉伸电子的应用的安全性和稳定性方面引起了严重的关注。通过阻燃添加剂方法、共聚和表面处理，将热惰性和火焰惰性材料纳入聚合物材料中，是一种研究得很好的实现热保护和防火的方法。然而，基于块体的方法，如使用阻燃添加剂和共聚，会导致刚度增加和拉伸性降低由于引入了刚性和刚性阻燃成分。另一方面，表面阻燃处理对基材的整体性能的影响可以忽略不计，因为它们只涉及在表面上应用阻燃成分。然而，大多数阻燃剂，如金属氢氧化物和二氧化硅，由于其易碎和不可拉伸的性质，与可拉伸电子产品不相容。

被动放射性冷却已经被开发用于个人和工业应用的热管理，通过将热量散发到低温的宇宙中，在白天将温度降低几个开尔文。但在紧急情况下，为了防止人员受伤或损坏，需要快速散热，例如携带可穿戴设备的人员遇到火灾。因此，开发可拉伸阻燃表面封装对于保证可拉伸电子产品的稳定运行至关重要。

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成果掠影

近日，南洋理工大学陈晓东、清华大学冯雪、苏州大学姬少博联合针对柔性和可拉伸电子产品的实际应用受到其热稳定性和化学稳定性的影响的问题取得最新进展。本文提出了一种水凝胶封装策略，以提高可拉伸电子产品的阻燃性和热稳定性。水凝胶为基础的封装提供热保护，防止火焰超过10秒通过蒸发的水。此外，通过吸收空气水分，可自动恢复拉伸性和功能。水凝胶封装的结合使可拉伸电子设备能够保持其功能并执行复杂的任务，例如软机器人中的消防和集成电子传感。高焓散热，封装软电子设备有效屏蔽，并保留其全部功能。这种封装有效地为可拉伸设备提供热保护和阻燃性(FR)。 经过火焰处理后，该封装设备表现出更高的稳定性，能够承受长达10秒的燃烧，散热量是原始耐受性的8倍。此外，通过使用吸收空气水分的干燥剂，FR装置的拉伸性和传感性能可以很容易地恢复。该策略为实际应用中提高可拉伸电子器件的热稳定性提供了一条通用途径。研究成果以“Mitigating the Overheat of Stretchable Electronic Devices Via High-Enthalpy Thermal Dissipation of Hydrogel Encapsulation”为题发表在《Advanced Materials》。

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图文导读

图1. 高焓热耗散（HEAT）封装策略。

图2. 高焓热耗散封装机理。

图3. 阻燃伸缩装置。

图4. 集成式FR电子系统。

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