用於高安全性電池和智能電子產品的刺激響應聚合物材料
第一作者: 牛嘉平
通訊作者: 崔光磊, 陳政
隨着人們對高安全性電池和智能電子產品的需求日益增長, 能夠對諸如熱、pH值、濕度、壓力或電場等外部刺激作出響應的刺激響應能量存儲裝置引起了廣泛關注. 最典型的刺激響應材料是聚合物, 對於外界刺激它可以通過形成和破壞包括氫鍵和靜電相互作用在內的二次作用力來實現其構型變化, 進而產生電導率和疏水性等內在性質的改變. 由於電池內部結構組成的複雜性和兼容性等問題, 刺激響應功能在可充電電池中的應用還處於起步階段, 但許多針對外部刺激來調節聚合物結構的新概念已經出現. 本文綜述了近年來聚合物材料在儲能裝置的熱防護和智能化方面的研究進展, 重點介紹了聚合物材料在外界刺激下的結構轉變及其對電池性能的影響. 最後, 本文展望了用於儲能裝置的刺激響應聚合物材料目前的局限性以及未來的發展方向.
Niu, J., Chen, Z., Zhao, J. et al. Stimulus-responsive polymers for safe batteries and smart electronics. Sci. China Mater. (2022). https://doi.org/10.1007/s40843-022-2033-2
生物相容性液態金屬塗層可拉伸靜電紡絲膜用於壓力傳感監控系統
第一作者: 王曉峰
通訊作者: 沈國震, 陳愛兵, 王麗麗
液態金屬(LMs)是一種功能強大的無機材料, 由於其良好的流動性、低粘度、較高的金屬導電性和低毒性, 在柔性和可變形電子產品中有着廣闊的應用前景. 然而, 最近報道的基於LMs的傳感設備需要複雜的工藝和高昂的製造成本. 本工作通過在電紡熱塑性聚氨酯(TPU)纖維膜上塗覆LM液滴, 製備了柔性3D導電網絡. LM懸浮在TPU纖維之間, 並自聚結成垂直彎曲和橫向網狀結構, 同時提供良好的生物相容性、導電性和可拉伸性. 基於LM-TPU複合薄膜的柔性裝置表現出優異的特性: 可廣泛使用的拉伸範圍(0%–200%)、拉伸應變下足夠的靈敏度(200%應變下的標準係數(GF)為0.2), 以及出色的穩定性和耐久性(9000次循環). 體外生物相容性實驗表明, 直接附着在皮膚上的LMTPU複合膜具有良好的生物相容性. 這種基於應變傳感器的集成監控系統適用於實時監控人體運動, 如肌肉運動和關節運動, 在醫療保健和人機接口方面具有應用前景.
Wang, X., Liu, J., Zheng, Y. et al. Biocompatible liquid metal coated stretchable electrospinning film for strain sensors monitoring system. Sci. China Mater. (2022). https://doi.org/10.1007/s40843-022-2081-0
自熄滅雙面塗覆多功能隔膜用於高安全性柔性鋰硫電池
第一作者: 孫崇博, 盛進之, 張祺
通訊作者: 周光敏
柔性鋰硫電池被認為是可穿戴電子設備中高密度儲能器件最有希望的候選者之一. 然而, 電池內部短路、熱失控和起火燃燒等一系列安全問題嚴重製約着柔性鋰硫電池的發展和實際應用. 開發能夠抑制鋰枝晶生長且不可燃燒的先進隔膜是推動柔性鋰硫電池安全性的有效措施. 本工作製備了一種不易燃的多功能雙面隔膜, 其具有自熄性、熱穩定性、高導熱性、良好的電解液滲透性、均勻的鋰沉積和多硫化鋰穿梭抑制作用. 該隔膜由含十溴二苯乙烷的聚丙烯腈纖維膜以及用於阻擋鋰枝晶的氮化硼功能層和用於促進正極活性物質轉化的還原氧化石墨烯功能層組成. 基於以上設計, 硫載量為2.7 mg cm−2的鋰硫電池在0.1 C下循環100次後的比容量為916.8 mA h g−1, 且該鋰硫電池能在間歇性熱衝擊下保持性能穩定. 此外, 硫含量為8 mg的鋰硫軟包電池在彎曲條件下表現出6.3 mA h的容量.
Sun, C., Sheng, J., Zhang, Q. et al. Self-extinguishing Janus separator with high safety for flexible lithium-sulfur batteries. Sci. China Mater. (2022). https://doi.org/10.1007/s40843-022-2034-5
用於柔性和圖案化電致變色器件的二維聚苯胺的噴墨打印研究
第一作者: 黃翔宇
通訊作者: 范蘇娜, 張耀鵬
基於有機共軛聚合物的電致變色器件(ECD)在數字和彩色顯示器中具有廣闊的應用前景. 然而, 製備兼具優異電致變色性能、柔韌性和定製化圖案的ECD仍然是一個挑戰. 本文報道了利用噴墨打印技術製備二維層狀聚苯胺(PANI)基柔性圖案化ECD的方法. 層狀PANI均勻分散在甲酸中, 能夠實現高精度、穩定的噴墨打印. 同時, 層狀PANI的納米級厚度、適當的摻雜比例, 以及無添加劑的墨水成分, 使得打印後的PANI電極和器件保持較高的電致變色性能和電化學特性. 噴墨打印所得電極不僅表現出優異的光學對比度(76%, 750 nm波長)、良好的着色效率259.1 cm2 C−1、較短的着色/褪色時間(1.8/2.4 s), 而且具有贗電容特性與機械柔韌性. 此外, 本文所開發的二維層狀PANI墨水可以定製化設計並打印成各種圖案, 並以此製備電化學控制的可尋址電致變色顯示器. 這種二維層狀PANI電致變色材料可進一步用於柔性和圖案化ECD, 在新型光電顯示領域具有較好的應用前景.
Huang, X., Chen, J., Xie, H. et al. Inkjet printing of 2D polyaniline for fabricating flexible and patterned electrochromic devices. Sci. China Mater. (2022). https://doi.org/10.1007/s40843-022-2037-4
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