Flexible and Stretchable Vitrimers for Sustainable Electronics

材料科学 数码产品 纳米技术 可伸缩电子设备 柔性电子器件 系统工程 电气工程 工程类
作者
Agni Kumar Biswal,Peter Hong,Zhihan Zhang,Yiwen Zheng,Surabhit Gupta,Dhriti Nepal,Vikram Iyer,Aniruddh Vashisth
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:17 (6): 9736-9747 被引量:10
标识
DOI:10.1021/acsami.4c16995
摘要

The rapid increase in electronic waste (e-waste) necessitates sustainable materials that combine functionality with recyclability. Here, we introduce a novel approach for creating flexible vitrimers─reprocessable polymers with dynamic covalent bonds─for use in electronic applications, such as wiring and connectors. By extending polymer chains and employing transesterification reaction, we develop vitrimers that exhibit tunable viscoelastic properties, high stretchability (over 250% tensile strain), and enhanced toughness (up to 466 J/m3). Our vitrimers demonstrate a topological freezing temperature (Tv) of 185-248 °C, adjustable through catalyst concentration and chain length. The materials are synthesized by using a two-step process involving widely available industrial chemicals. Molecular dynamics simulations provide insight into how chain extension and network topology affect viscoelasticity, supporting the experimental findings. Using transesterification, covalent bonding between flexible and rigid vitrimers can be achieved. We prototype a functional USB cable that successfully transfers power and data, showcases repairability, and is recyclable through a solvent-based process. These results highlight the potential of flexible vitrimers in reducing e-waste and advancing sustainable electronic manufacturing.
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