近日，清华大学电机系与美国宾州州立大学材料系合作在国际重要期刊《chemical reviews》（2021年影响因子72.087）发表题为self-healing polymers for electronics and energy devices的综述文章，总结了电子和能源器件自修复材料的最新研究进展，并阐述了对未来该领域发展方向与所面临挑战的观点。该论文第一作者为宾州州立大学材料系博士后周垚（电机系2014级直博生），通讯作者为电机系李琦副教授与宾州州立大学材料系王庆（qing wang）教授，合作者包括电机系何金良教授等。
可完全自修复的柔性电子系统示意图
聚合物以其优异的机械性能被广泛应用于包括能量收集和存储器件、可穿戴电子设备、电子皮肤、柔性传感器、柔性机器人和柔性电子电路在内的各种柔性电子和能源器件中，其低成本和低温加工特性非常适合于柔性器件的规模化制造。尽管用于柔性设备的聚合物具有适应大应变/应力或几何变形的能力，但在实际应用过程中经常会受到磨损，撕裂，刮擦和意外切割等机械损伤，以及长期强电场作用下的电损伤，从而破坏器件中聚合物部分的结构和功能完整性，导致器件性能下降甚至是灾难性故障。因此如何提高柔性电子和能源器件中聚合物材料的可靠性和耐久性仍然是一大挑战。受生物系统中强大自愈能力的启发，自修复概念被引入到聚合物中以实现对机械损伤和电气损伤的自修复，从而大幅提升柔性电子和能源器件的使用寿命和可靠性。目前自修复聚合物已经应用于锂离子电池、超级电容器、纳米发电机、太阳能电池、传感器和光电转换等电子和能源器件中。
本综述首先介绍了自修复聚合物的相关基础，包括修复机理、性能评价和材料设计等，并从导体、半导体和绝缘电介质等三个类别分别总结了目前各种自修复聚合物的化学机制，结构设计和功能应用。然后按照能源器件、电子元件，光电器件等不同类别分别阐述了自修复聚合物的应用场景，重点讨论了材料与器件结构设计以及自修复聚合物对器件性能的提升。最后强调了聚合物中电损伤与机械损伤在修复机制和修复策略方面的根本性不同，总结了聚合物中电损伤的修复方法。基于对近期该领域研究进展的全面总结，本论文展望了用于电子和能源器件的自修复聚合物未来发展的机遇与挑战。
论文目录
《chemical reviews》于1924年由美国化学会（american chemical society）发行，是国际化学化工领域影响力最高的学术期刊之一，2021年影响因子为72.087。该研究工作得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金的支持。
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemrev.2c00231
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