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基于自编织纳米纤维网的抗冲击柔性电极
时间: 2020-06-16 01:43     作者: dafa888

  近年来,可穿戴器件、可植入器件、智能电子织物等柔性电子器件的概念不断提出。为实现高性能与高集成度,现有的电子器件多基于结构脆弱的微纳米材料,在弯曲或碰撞时,易造成材料结构坍塌、器件失灵。如何赋予柔性器件抗冲击性仍是一大挑战。现有抗冲击性策略主要从封装工艺出发,将材料包裹在坚硬的抗冲击外壳中。但这种方法使器件柔性变差,并且提高了制造成本、增加了器件的重量与体积。

  近日,圣路易斯华盛顿大学的研究团队提出了一种“电极纳米工程”策略,首次论证了通过选择合适的材料以及结构可以使柔性纳米电极本身具有抗冲击性。制备的抗冲击纳米电极及其制成的柔性器件在接受能量密度为125 kJ/m2的物理冲击之后性能仍然得到保持。相比之下,钢材、木材及碳纤维等材料在分别接受50 kJ/m2、14 kJ/m2及0.8 kJ/m2的冲击后便会断裂。

  该研究团队首次通过晶体生长诱导自编织的方法合成了由水平取向聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)纳米纤维交织而成的纳米网,其中材料自身的柔性和纳米结构的水平取向是关键。值得一提的是,共轭聚合物链高度的-相互作用使其难溶性增加,之前此类导电聚合物纳米网大多采用静电纺的方法制备,需引入其他加工性能较高的聚合物,降低了材料的电化学性能。

  一种独特的液-气相混合氧化自由基聚合被用于一步合成具有高导电率与高比电容的PEDOT纳米网电极,形成的纳米网具有一定柔性,并且在经受125 kJ/m2的冲击后仍可保持完整的形貌,导电率无明显下降。

  将PEDOT纳米网作为电极用于抗冲击柔性超级电容器的制造。由于纳米级纤维网提供了大量比表面积用于储存电荷,所得的超级电容器能量密度、功率密度与比电容高于以往基于PEDOT的柔性超级电容器。

  超级电容器在弯曲0~150时仍正常工作,在经受125 kJ/m2的冲击后仍能充放电超过10000周。在遭受40次125 kJ/m2的冲击后,比电容衰减仅为6%。

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