電子產品產生大量的熱量，這種熱量積累可能導致溫度超過安全限制，增加熱失效甚至組件燒毀的風險。盡管在柔性和可拉伸電子、熱安全性和穩定性方面的快速發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熱材料(如液態金屬)來改善可拉伸電子產品的導熱性，但過熱情況下(特別是火災)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，這些電子產品中使用的薄膜襯底具有高表面積與體積比，導致反應性增加和穩定性降低。這些因素在涉及可拉伸電子的應用的安全性和穩定性方面引起了嚴重的關注。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用阻燃成分。然而，大多數阻燃劑，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，與可拉伸電子產品不相容。
被動放射性冷卻已經被開發用于個人和工業應用的熱管理，通過將熱量散發到低溫的宇宙中，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，例如攜帶可穿戴設備的人員遇到火災。因此，開發可拉伸阻燃表面封裝對于保證可拉伸電子產品的穩定運行至關重要。
近日，南洋理工大學陳曉東、清華大學馮雪、蘇州大學姬少博聯合針對柔性和可拉伸電子產品的實際應用受到其熱穩定性和化學穩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品的阻燃性和熱穩定性。水凝膠為基礎的封裝提供熱保護，防止火焰超過10秒通過蒸發的水。此外，通過吸收空氣水分，可自動恢復拉伸性和功能。水凝膠封裝的結合使可拉伸電子設備能夠保持其功能并執行復雜的任務，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備提供熱保護和阻燃性(FR)。經過火焰處理后，該封裝設備表現出更高的穩定性，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，FR裝置的拉伸性和傳感性能可以很容易地恢復。該策略為實際應用中提高可拉伸電子器件的熱穩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”為題發表在《Advanced Materials》。
03 圖文導讀
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。
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