柔性透明電極的案例
江雷院士團(tuán)隊(duì)與蘭州大學(xué)柳明珠教授在高性能銅網(wǎng)格柔性透明電極研究取得新進(jìn)展
基于銅的柔性透明電極因其價(jià)格低廉、性能優(yōu)異，在柔性電子領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。已報(bào)道的銅基柔性透明電極主要是基于銅納米線網(wǎng)絡(luò)和銅網(wǎng)格的透明電極，在實(shí)際應(yīng)用中面臨兩個(gè)主要難題：一是制備過程比較復(fù)雜，不利于大規(guī)模生產(chǎn)；二是微納尺度的銅極易被氧化，降低材料的導(dǎo)電性能。這些問題極大地限制了銅基透明電極的進(jìn)一步應(yīng)用。
近日，中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所研究員江雷團(tuán)隊(duì)與蘭州大學(xué)教授柳明珠合作，報(bào)道了一種具有高穩(wěn)定性和優(yōu)異光電性能的銅網(wǎng)格柔性透明電極。該工作通過限域化學(xué)沉積的方法制備了形貌可控的銅網(wǎng)格，通過調(diào)控離子液體的化學(xué)結(jié)構(gòu)和銅網(wǎng)格的微觀形貌實(shí)現(xiàn)了離子液體在銅網(wǎng)格上的超浸潤，進(jìn)一步通過原位聚合法成功在銅網(wǎng)格表面引入均一的納米離子凝膠層，設(shè)計(jì)構(gòu)筑了具有優(yōu)異光電性能和出色穩(wěn)定性的離子凝膠復(fù)合銅網(wǎng)格柔性透明電極。這種新型的離子凝膠復(fù)合銅網(wǎng)格柔性透明電極制備過程簡單，無需復(fù)雜的濺射過程，同時(shí)材料的柔性、化學(xué)穩(wěn)定性和與基底的結(jié)合力等性能均得到提高，有望替代傳統(tǒng)的ITO電極，應(yīng)用于柔性電子領(lǐng)域。
高性能離子凝膠復(fù)合銅網(wǎng)格柔性透明電極的設(shè)計(jì)
相關(guān)研究成果發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces（2018, 10, 29010-29018）上。論文通訊作者是理化所劉洪亮、江雷和蘭州大學(xué)柳明珠，論文第一作者是蘭州大學(xué)博士生常麗和理化所副研究員張錫奇。相關(guān)工作得到國家自然科學(xué)基金、中科院重點(diǎn)研究項(xiàng)目、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)協(xié)會等的大力支持。
全文鏈接：
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021%2FACSAMI.8B09023
來源：中科院理化所
展開 中科院化學(xué)所宋延林研究員團(tuán)隊(duì)《Nano Energy》：基于氣泡模板自組裝的透明電極，實(shí)現(xiàn)高效柔性鈣鈦礦太陽能電池的制備
近日，中科院化學(xué)所的宋延林研究員、喬雅麗研究員團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種基于二維氣泡模板自組裝方法制備的透明銀網(wǎng)格電極，并實(shí)現(xiàn)高效柔性鈣鈦礦太陽能電池的制備。研究發(fā)現(xiàn), 通過氣泡自組裝方法制備銀透明電極，可以實(shí)現(xiàn)銀納米粒子自下而上的緊密堆積與高效利用。半突起的銀網(wǎng)格結(jié)構(gòu)通過擴(kuò)散控制生長促進(jìn)鈣鈦礦的均勻成核。同時(shí)，包埋的銀網(wǎng)格結(jié)構(gòu)作為定域化的載流子傳輸通道提升了光生載流子的分離效率。他們采用這種透明電極，成功制備了柔性鈣鈦礦太陽能電池器件。在AM 1.5光照下光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到18.49%。相較于使用傳統(tǒng)ITO/PET電極的器件PCE提升了20%。這種半包埋柔性透明電極的研發(fā)有望推動柔性光伏器件的進(jìn)一步發(fā)展。
有機(jī)無機(jī)雜化鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率已經(jīng)突破了25%，引起學(xué)術(shù)界與工業(yè)界極大的關(guān)注。但是柔性器件效率始終低于剛性器件，是一個(gè)亟待解決的關(guān)鍵問題。為了提高柔性器件的效率，近年來的許多研究著重在新型透明電極的開發(fā)。與傳統(tǒng)ITO/PET電極光透過率差、方阻高相比，金屬納米結(jié)構(gòu)作為透明電極能夠具備高導(dǎo)電性與光透過率，但是其較大的粗糙度影響了電荷傳輸?shù)男逝c器件的穩(wěn)定性。因此，發(fā)展新的方法構(gòu)筑有序可控的金屬納米結(jié)構(gòu)，在提高導(dǎo)電性與光透過率的同時(shí)不損失電荷在界面處傳輸?shù)男剩瑢⑹翘嵘?em>柔性鈣鈦礦太陽能電池效率的有效途徑。
本文要點(diǎn)
要點(diǎn)一：利用氣泡模板法組裝并轉(zhuǎn)印的透明銀網(wǎng)格兼具低方阻、高透光、低粗糙度等特點(diǎn)。
展開 蘇州大學(xué)柔性有機(jī)太陽能電池
蘇州大學(xué)李永舫院士團(tuán)隊(duì)的李耀文教授等人利用銀納米線對導(dǎo)電聚合物的組分進(jìn)行調(diào)控，并與銀網(wǎng)格柔性基底復(fù)合制備了低面電阻、高透過率的新型柔性復(fù)合電極，基于此電極的柔性有機(jī)太陽能電池效率超過12%。近日，該成果以“Breaking 12% efficiency in flexible organic solar cells by using a composite electrode”為題，在線發(fā)表于Science China Chemistry。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1007/s11426-018-9430-8
有機(jī)太陽能電池(OSCs)活性層材料的可彎曲特性使其在柔性太陽能電池領(lǐng)域展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力。然而，商業(yè)化的銦錫氧化物（ITO）柔性電極由于易脆性、面電阻高、透過率低等缺點(diǎn)限制了其在柔性有機(jī)太陽能電池中的應(yīng)用。為了解決這一問題，發(fā)展具有優(yōu)良機(jī)械彎曲性、低面電阻、高透過率的新型柔性透明電極顯得尤為重要。
基于銀納米線（AgNWs）的導(dǎo)電薄膜不僅具有優(yōu)良的機(jī)械性能，而且其光學(xué)和電學(xué)性能優(yōu)異，成為極具應(yīng)用前景的柔性透明電極材料。但是，粗糙度大、附著力弱，形貌不穩(wěn)定等缺點(diǎn)依然限制了其在高性能柔性有機(jī)太陽能電池中的應(yīng)用。
展開 郭傳飛、任志鋒《先進(jìn)功能材料》綜述: 柔性電子學(xué)—可拉伸電極及其未來
文章從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的角度介紹了基于剪紙藝術(shù)設(shè)計(jì)策略的新型可拉伸透明電極材料的最新研究進(jìn)展及應(yīng)用，涵蓋了電子皮膚、植入式可降解電子材料以及仿生軟體機(jī)器人等領(lǐng)域。
柔性電子學(xué)作為一種新興的具有廣闊應(yīng)用前景的研究科學(xué)，將研制可在高應(yīng)力狀態(tài)下工作的高性能柔性電子材料帶入了人們的視野。透明電極被廣泛應(yīng)用于各類電子產(chǎn)品中。最常見的透明電極材料是摻雜的氧化物半導(dǎo)體薄膜（如氧化銦錫，ITO），其良好的光學(xué)透光率和導(dǎo)電性使其在光電子顯示領(lǐng)域占據(jù)了數(shù)十年的主導(dǎo)地位。然而，傳統(tǒng)的ITO薄膜無法滿足未來可穿戴柔性電子產(chǎn)品對力學(xué)柔性要求。應(yīng)用于彈性體襯底上的透明柔性電極（FTEs）在使用過程中需要承受彎曲、折疊、扭曲，甚至拉伸等大應(yīng)變形變模式，對材料的力學(xué)性能提出了更高的要求。
近年來，可拉伸電極的研究發(fā)展推動了可穿戴電子產(chǎn)品、電子皮膚、可植入醫(yī)療電子設(shè)備、軟體機(jī)器人、以及新型柔性人機(jī)界面等領(lǐng)域的興起。這些具有良好力學(xué)柔性和生物相容性的電子產(chǎn)品在人體健康監(jiān)測和生物醫(yī)療領(lǐng)域中發(fā)揮著越來越重要的作用，并將極大改善現(xiàn)有的醫(yī)療健康體系并徹底改變?nèi)祟惻c電子產(chǎn)品之間的關(guān)系。研究人員研制報(bào)道的各類仿生軟體機(jī)器人具有類似皮膚的柔性傳感功能和類似肌肉組織的軟體驅(qū)動器，可通過柔性人機(jī)界面與人類和周圍環(huán)境進(jìn)行友好的實(shí)時(shí)互動，從而實(shí)現(xiàn)完整的“人-機(jī)”互動反饋體系（圖1）。隨著可穿戴和可植入式電子設(shè)備的出現(xiàn)，以及對智能軟體機(jī)器人不斷增長的需求，學(xué)術(shù)界和工業(yè)界已將目光投向了研制開發(fā)同時(shí)具有優(yōu)異力學(xué)柔性和電學(xué)特性的功能電子材料，而可拉伸電極材料是基礎(chǔ)關(guān)鍵。
圖1 柔性電極、柔性電子設(shè)備和軟體機(jī)器人之間關(guān)系的示意圖
文章系統(tǒng)比較了不同電極材料的光電性能和力學(xué)性能，并對常用電極材料的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了評述。
展開 
Mater.綜述：納米線組裝體制備柔性電子器件——最新進(jìn)展和展望
基于納米線組裝體的柔性電子設(shè)備表現(xiàn)出優(yōu)異的性能的原因主要來自四個(gè)方面: 1）有序的納米線組裝體的相互連接更加均勻充分，導(dǎo)電性能更加優(yōu)異；2）有序的納米線組裝體具有更好的均勻性，因此其表現(xiàn)出來的性能不會因?yàn)闇y試點(diǎn)不同而不同，例如，具有設(shè)計(jì)的NW結(jié)構(gòu)的柔性透明智能窗的均勻性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于噴涂法常規(guī)的無序的NW膜；3）基于有序納米線組裝體的柔性電子器件的性能更加容易調(diào)節(jié)和控制例如，我們知道電導(dǎo)率和透射率是柔性透明電極的兩個(gè)相反因素。通過操縱Ag和Te NWs的組裝，我們可以精確地調(diào)整和平衡所得柔性透明電極的透光率和電導(dǎo)率；4）將多種納米線有序的共組裝可以使不同納米線更好的接觸，因此可以更有效的制備柔性電子器件。
基于以上討論的概述，作者提出了對這一新興的柔性電子產(chǎn)品NW組裝研究領(lǐng)域的觀點(diǎn)。首先，基于納米線組裝體的柔性電子器件的批量制備需要消耗大量的納米線，，但是大規(guī)模生產(chǎn)NWs及其精確控制NWs的尺寸仍然是這個(gè)領(lǐng)域的一個(gè)重要挑戰(zhàn)。此外，必須關(guān)注在NW合成過程中產(chǎn)生的有毒廢棄產(chǎn)物以及高價(jià)值化學(xué)介質(zhì)的回收問題。
第二，需要發(fā)展更多經(jīng)濟(jì)、高效和簡單易行的納米線組裝技術(shù)。例如，通過對NW的表面進(jìn)行修飾我們可以優(yōu)化NW的表面性質(zhì)，例如潤濕性和分散性，實(shí)現(xiàn)它們與其他功能材料的復(fù)合，用于具有特殊應(yīng)用的柔性電子器件的制備。此外，還可以通過引入新技術(shù)如3D打印技術(shù)和仿生技術(shù)來實(shí)現(xiàn)新穎的納米線組長提的制備。最后，發(fā)展原位表征技術(shù)和理論模擬來獲得NW組裝機(jī)制對于理解納米線組裝過程和組裝結(jié)構(gòu)的調(diào)控也是非常重的。我們相信，所有這些挑戰(zhàn)和機(jī)遇都可以在未來的努力中得到解決，我們可以預(yù)料在未來會出現(xiàn)更可靠、高效的基于NW-組裝體的柔性電子設(shè)備。
展開 南開大學(xué)梁嘉杰教授：實(shí)現(xiàn)銀納米線的大規(guī)模、快速有效純化！
因此，銀納米線被視為最有可能取代傳統(tǒng)的透明電極材料ITO來構(gòu)建柔性透明電極，為實(shí)現(xiàn)柔性、可彎折的OLED顯示、觸摸屏等新一代可穿戴電子器件提供了可能。銀納米線透明電極的性能及生產(chǎn)成本一般由三個(gè)過程決定：銀納米線的合成，納米線的純化，以及納米線油墨的制備及涂布。而其中的納米線純化是決定銀納米線油墨的生產(chǎn)成本和質(zhì)量的關(guān)鍵步驟。傳統(tǒng)的銀納米線提純技術(shù)主要包括多步離心過濾、纖維膜過濾、傾濾以及錯(cuò)流過濾等。這些方法都具有操作繁瑣，步驟繁多，純化效率低，需要耗費(fèi)大量的時(shí)間及溶劑等問題，并且容易產(chǎn)生固體沉淀，極大影響印刷油墨的制備以及透明電極的性能。
近日，南開大學(xué)材料學(xué)院的梁嘉杰教授課題組創(chuàng)新性地利用動態(tài)攪拌誘導(dǎo)離心過濾的策略，發(fā)明了一種高效、快捷的銀納米線提純方法，實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模、快速有效的銀納米線的純化，極大地提高銀納米線油墨的質(zhì)量，有效的降低生產(chǎn)成本。相關(guān)成果發(fā)表于Advanced Functional Materials期刊，梁嘉杰教授為通訊作者，碩士研究生王匯科為第一作者。
該課題組利用動態(tài)攪拌概念，結(jié)合傳統(tǒng)膜過濾以及離心過濾的優(yōu)點(diǎn)，并創(chuàng)新性的引入垂直濾壁技術(shù)，構(gòu)建了一種動態(tài)攪拌誘導(dǎo)離心過濾分離的銀納米線提純裝置。該技術(shù)的特點(diǎn)包括：1）通過可控的攪拌產(chǎn)生可控的離心力；2）通過離心力產(chǎn)生正壓過濾銀納米線分散液中各種雜質(zhì)，包括銀納米顆粒，銀納米短棒以及有機(jī)添加劑等；3）通過動態(tài)攪拌產(chǎn)生的剪切力以及垂直濾壁的作用可有效防止銀納米線的團(tuán)聚，保證納米線的均勻分散；4）通過一個(gè)裝置可同時(shí)實(shí)現(xiàn)高效的納米線純化以及溶劑置換、濃縮等納米線油墨配置的過程。
過濾機(jī)理
圖(a)動態(tài)攪拌誘導(dǎo)離心過濾裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，(b)和(c)動態(tài)攪拌誘導(dǎo)離心過濾過程示意圖。
展開 蘇州大學(xué)孫旭輝團(tuán)隊(duì)：基于褶皺狀導(dǎo)電高分子電極的透明可拉伸摩擦納米發(fā)電機(jī)
在過去的幾十年里，柔性可穿戴設(shè)備蓬勃發(fā)展，相關(guān)產(chǎn)品也不斷涌現(xiàn)，如智能傳感器集成電子皮膚、植入裝置、機(jī)器人電子裝置等。可穿戴設(shè)備產(chǎn)品所要求的特點(diǎn)除了其與人體的機(jī)械順應(yīng)性、輕巧、能耗低、美觀性之外，還應(yīng)考慮到這些產(chǎn)品的供電問題。柔性可穿戴能源設(shè)備，一直是科研人員的研究熱點(diǎn)。
近日，蘇州大學(xué)功能納米與軟物質(zhì)研究院（FUNSOM）孫旭輝教授研究團(tuán)隊(duì)提出了一種基于褶皺結(jié)構(gòu)PEDOT:PSS薄膜電極的可拉伸摩擦納米發(fā)電機(jī)（WP-TENG）。該WP-TENG利用彈性PDMS作為器件的摩擦起電材料，用褶皺狀的PEDOT:PSS薄膜作為感應(yīng)起電電極材料，由此制得的透明可拉伸納米發(fā)電機(jī)同時(shí)具備生物機(jī)械能收集、觸覺傳感和人體運(yùn)動監(jiān)測等功能。
圖a為器件的制備過程圖，圖b為褶皺狀PEDOT:PSS導(dǎo)電膜，圖c為不同厚度導(dǎo)電膜光透過率，圖d為該導(dǎo)電膜在不同拉伸條件下方阻
該WP-TENG通過預(yù)拉伸彈性PDMS膜作為摩擦層，再旋涂導(dǎo)電高分子PEDOT:PSS薄膜作為電極層，釋放拉伸后形成褶皺狀可拉伸器件。該褶皺狀電極的透明度可根據(jù)刮涂的層數(shù)不同而發(fā)生改變，最佳透光率可達(dá)到90%。經(jīng)測試，拉伸應(yīng)變從0變化到100%的過程中，褶皺狀電極的方阻可從1.40增大到4.63 kΩ·sq-1，而同等拉伸情況下無褶皺的薄膜會增大到22.9 kΩ·sq-1，因此，該褶皺設(shè)計(jì)增強(qiáng)了薄膜在拉伸過程中的導(dǎo)電性和穩(wěn)定性。
圖a為WP-TENG的器件實(shí)物圖，圖b為WP-TENG的發(fā)電機(jī)理圖，圖c為WP-TENG的電輸出圖，圖d為WP-TENG使用時(shí)的電路示意圖，圖e為WP-TENG在手拍的運(yùn)動條件下的充放電曲線圖，圖f為WP-TENG將電能存儲于電容器后驅(qū)動電子手表的照片。
作為生物機(jī)械能收集裝置，WP-TENG可以將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。
展開 自編織納米網(wǎng)，打造抗沖擊柔性電極！
近年來柔性電子器件作為未來電子器件發(fā)展的方向之一備受矚目。由此，可穿戴器件、醫(yī)用可植入器件、電子皮膚以及智能電子織物等概念被不斷提出，組成了未來人類生活藍(lán)圖的一部分。當(dāng)電子器件依附于人體工作時(shí)，彎曲與碰撞在所難免。然而，為了高性能與高集成度，現(xiàn)有的電子器件大多基于結(jié)構(gòu)脆弱的微米或納米材料，在彎曲或碰撞時(shí)造成的材料結(jié)構(gòu)坍塌會使器件失靈并造成潛在危險(xiǎn)。如何賦予高性能納米柔性器件抗沖擊性，使其在接受物理沖擊后仍然正常工作是一大挑戰(zhàn)。
現(xiàn)有的提高器件抗沖擊性的策略主要從封裝工藝上出發(fā)，將脆弱的活性材料包裹在堅(jiān)硬的抗沖擊外殼中。然而，這種策略不但使得器件不再具有柔性，并且抗沖擊外殼的使用提高了制造成本、增加了器件重量與體積。
近日，圣路易斯華盛頓大學(xué)的Julio M D’Arcy教授團(tuán)隊(duì)提出了一種“電極納米工程”的策略，首次論證了通過選擇合適的材料以及設(shè)計(jì)合理的結(jié)構(gòu)可以使柔性納米電極本身具有抗沖擊性。即使沒有堅(jiān)硬的外殼，抗沖擊納米電極及其制成的柔性器件在接受能量密度為125 kJ/m2 的物理沖擊之后性能仍然得到了保持。相比之下，鋼材、木材及碳纖維等材料在分別接受50 kJ/m2，14 kJ/m2及0.8 kJ/m2 的沖擊后便會產(chǎn)生斷裂。
圖1. 傳統(tǒng)納米電極與本文提出的水平取向柔性納米網(wǎng)電極抗沖擊性能比較示意
在提出的抗沖擊電極材料設(shè)計(jì)策略中，材料自身的柔性以及納米結(jié)構(gòu)的水平取向是兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。為了論證這一策略，該組首次通過晶體生長誘導(dǎo)自編織的方法合成了由水平取向聚 (3,4-乙烯二氧噻吩)（PEDOT，一種導(dǎo)電聚合物）納米纖維交織而成的的納米網(wǎng)。
展開 青島能源所開發(fā)出新型二維柔性電極材料
圖：氟取代石墨炔在柔性電池中的應(yīng)用
如圖所示，通過氟取代，使得石墨炔分子孔道擴(kuò)大，在AB堆積下也具有優(yōu)良的離子傳輸通道；同時(shí)，保留了石墨炔的基本框架和二維平面結(jié)構(gòu)中的共軛體系，使其材料具有優(yōu)異的導(dǎo)電性和載流子傳輸特性；尤其是碳氟鍵具有優(yōu)良的循環(huán)儲鋰能力，不僅增加了材料的儲鋰位點(diǎn)，同時(shí)碳氟鍵與電解液具有很好的相容性，可以大大降低界面阻抗，從而提高循環(huán)穩(wěn)定性。該項(xiàng)研究結(jié)果為溶液法制備大面積性能優(yōu)異的柔性電極材料提供了研究思路，開創(chuàng)了新型儲能器件電極材料研究的一個(gè)新方向。
該研究獲得了國家自然科學(xué)基金、中科院前沿重點(diǎn)研究項(xiàng)目、山東省自然科學(xué)基金杰出青年基金的支持。（來源：青島能源所）
展開 《ACS Nano》自愈合、透明、可拉伸的柔性電源
近來，關(guān)于柔性電子、仿生電子、軟體機(jī)器人的研究方興未艾，隨之而來的一大難題是：如何給這些軟體器件供電？傳統(tǒng)的二次電池、太陽能電池等都很難匹配這些器件的多功能性，例如：高的拉伸形變能力、高透明度、甚至自愈合功能。盡管目前很多研究在一定程度上實(shí)現(xiàn)了各類柔性能源器件，但由于各自材料選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的限制，這些能源器件很難同時(shí)兼具這三種功能。
中科院北京納米能源與系統(tǒng)研究所蒲雄研究員、胡衛(wèi)國研究員和王中林院士團(tuán)隊(duì)近來報(bào)道了一種基于摩擦起電與靜電感應(yīng)效應(yīng)的摩擦納米發(fā)電機(jī)（TENG），該能源器件同時(shí)具有高拉伸形變能力、高透明度和自愈合功能。該工作首先制備了一種具有自修復(fù)功能、透明的彈性體（H-PDMS），該彈性體為含有亞胺鍵的PDMS（如圖1），基于席夫堿反應(yīng)，含有可逆亞胺鍵的PDMS彈性體在受損后可自發(fā)高效愈合，愈合過程可在室溫下完成，無需加熱、光照等外界刺激，機(jī)械彈性愈合效率可達(dá)94%。
圖1. 制備的彈性體的自愈合機(jī)制。
隨后，他們制備了銀納米線和PEDOT:PSS復(fù)合膜作為導(dǎo)電電極。盡管復(fù)合導(dǎo)電膜本身不具備延展性，但通過預(yù)拉伸轉(zhuǎn)移—預(yù)應(yīng)力釋放—彎曲褶皺的方法（圖2），可制備具有褶皺狀的Ag-PEDOT復(fù)合電極，從而使電極及最終的器件具有可拉伸變形性能，電極在預(yù)應(yīng)力范圍內(nèi)拉伸，電阻大小幾乎沒有變化。由于基底H-PDMS具有自愈合功能，受損后基底的修復(fù)過程會帶動斷裂的Ag-PEDOT復(fù)合電極重新實(shí)現(xiàn)電接觸（圖3），從而實(shí)現(xiàn)電極的電愈合。相比于平整的電極膜，褶皺狀結(jié)構(gòu)的Ag-PEDOT導(dǎo)電層在外界應(yīng)力下機(jī)械損傷小，因而具有更穩(wěn)定的電愈合性能，使用刀片切斷3次后均能恢復(fù)導(dǎo)電，電阻升高約60~170%每次。此外，該工作研究了預(yù)拉伸應(yīng)力大小與器件透光度之間的聯(lián)系。
圖2. 自愈合、透明、可拉伸摩擦納米發(fā)電機(jī)的制備、結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3.
展開 北京化工大學(xué)《AFM》：柔性MXene骨架促進(jìn)石墨電極穩(wěn)定儲鉀！
來自北京化工大學(xué)等單位的研究人員，采用Ti3C2TxMXene納米片作為快電子/鉀離子雙功能導(dǎo)體，構(gòu)建了全集成石墨納米片(GNF)/MXene(GNFM)電極骨架。連續(xù)的MXene骨架構(gòu)成了快速電子/鉀離子轉(zhuǎn)移的三維通道，使GNFM電極具有很高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。由于這種獨(dú)特的MXene骨架，GNFM電極即使在高質(zhì)量負(fù)載下也比傳統(tǒng)的聚合物鍵合電極表現(xiàn)出更高的儲鉀性能。此外，GNFM電極在不可燃電解液中也表現(xiàn)出令人印象深刻的循環(huán)性能，并被進(jìn)一步用作陽極組裝新型不可燃鉀離子電容器，表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)性能和高的能量/功率密度(113.1 Wh kg-1和12.2kW kg-1)。用Operando XRD驗(yàn)證了對GNFM電極相變機(jī)理的新認(rèn)識，密度泛函理論計(jì)算表明，Mxene能促進(jìn)異質(zhì)界面上的電子轉(zhuǎn)移和鉀擴(kuò)散。因此，研究結(jié)果表明，以MXene為多功能骨架設(shè)計(jì)的全集成GNFM電極為制備高效儲鉀陽極提供了一種新的方案。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202102126
綜上所述，本論文采用Ti3C2TxMXene納米片作為快電子/鉀離子雙導(dǎo)體，通過真空濺射含有GNFS和MXene納米片的混合分散體，構(gòu)建了GNFM全集成電極的骨架。在GNFM電極中，Mxene納米片層狀重疊和互鎖形成了連續(xù)的Mxene骨架，這使得GNFM電極具有快速的電子/鉀轉(zhuǎn)移能力和較高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。用Operando XRD驗(yàn)證了GnFM電極的儲鉀機(jī)理，其相變?yōu)镚(G-t)→稀釋階段(KC144-168)、→階段4(KC48)、→階段3(KC36)、→階段2(KC24)、→階段1(KC8)及其相反過程。
展開 
《AFM》一種用于柔性超級電容器的3D多孔蜂窩狀納米片集成電極
其中，柔性超級電容器(SCs)因其超高功率密度、長循環(huán)壽命、柔性、安全性和高效率而引起了最大的科學(xué)興趣。另一方面，過渡金屬氮化物（TMNs）被認(rèn)為是高性能儲能器件的潛在電極材料。然而，電化學(xué)反應(yīng)過程中的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性嚴(yán)重阻礙了它們的廣泛應(yīng)用。克服這一障礙的一般方法是在導(dǎo)電基底上制備納米復(fù)合材料TMN。
來自中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所的研究人員，報(bào)道了一種蜂窩狀的CoN-Ni3N/N-C納米片通過溫和溶劑方法和氮化后處理在柔性碳布上原位生長。作為超級電容器的集成電極，優(yōu)化后的CoN-Ni3N/N-C/CC由于其固有電導(dǎo)率的提高和活性位點(diǎn)濃度的增加而獲得了顯著的電化學(xué)性能。特別是，由CoN-Ni3N/N-C/CC陰極和VN/CC陽極組裝而成的柔性準(zhǔn)固態(tài)不對稱超級電容器提供了106 μWh·cm-2的出色能量密度、40mW·cm-2的最大功率密度以及出色的循環(huán)穩(wěn)定性。這項(xiàng)研究為使用新型金屬氮化物構(gòu)建高性能柔性儲能器件提供了新的視角。相關(guān)論文發(fā)表在Advanced Functional Materials。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202103073
圖1| a)CoN-Ni3N/N-C/CC合成工藝示意圖，b–d)Ni-Co LDH/CC和e–g) CoN-Ni3N/N-C/CC在不同倍率放大的SEM圖像。
圖2|（a-c）納米片的透射電鏡和（d）HRTEM圖像；e) SAED模式，f) EDX。
圖3| a)可伸縮電極的XRD圖案，b) XPS測量光譜。
展開 《iScience》中科大俞書宏團(tuán)隊(duì)室內(nèi)霧霾凈化材料！
因此，如何制備出超大面積的可重復(fù)使用的柔性透明智能窗口仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。
近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)俞書宏教授領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)發(fā)展了一種浸染自組裝的方法，以傳統(tǒng)的商業(yè)尼龍網(wǎng)紗（聚酰胺）為基底，成功研制了超大面積的柔性透明智能窗口。研究論文發(fā)表于Cell出版社新刊iScience上（iScience 2019, 12, 333-341）。論文作者為合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心博士生黃蔚然等。本文為open access，可免費(fèi)下載全文。
論文鏈接：
https://www.cell.com/iscience/fulltext/S2589-0042(19)30014-8
圖1. 基于浸染組裝技術(shù)得到的超大面積柔性透明電極的制備示意圖、成品光學(xué)照片和微觀結(jié)構(gòu)的掃描電鏡（SEM）照片
研究人員在20分鐘內(nèi)即可制備約7.5平方米的銀納米線-尼龍智能窗口（花費(fèi)約100元），這種柔性透明智能窗口不僅能夠和熱致變色染料相結(jié)合改變室內(nèi)的光照強(qiáng)度，還能夠作為高效的霧霾收集器用以凈化室內(nèi)的空氣質(zhì)量。其中，空氣凈化效率最高可以達(dá)到99.65%，并且能夠在50秒內(nèi)將空氣中的PM2.5的濃度從嚴(yán)重污染的程度（248 μg·m-3）降至優(yōu)良狀態(tài)（32.9 μg·m-3）。而制備得到的銀線-尼龍智能窗口在霧霾收集之后，只需要簡單地浸泡在乙醇中20 分鐘，就可以清洗干凈并再次使用，即使經(jīng)過上百次的可重復(fù)循環(huán)，其凈化效率依然可以保持穩(wěn)定。研究結(jié)果表明，在邊長達(dá)0.5 米的立方空間中，使用這種銀納米線-尼龍智能窗口，其霧霾收集效率依然可以達(dá)到99.48%。這項(xiàng)研究為今后柔性透明智能窗口材料的設(shè)計(jì)和制備提供了一種新的策略。
圖2.
展開 J》：具有溫度和應(yīng)變傳感功能的柔性高透明離子凝膠
近年來，基于離子型的傳感材料（比如離子導(dǎo)電的水凝膠和離子凝膠），因具有高拉伸性，靈敏度和透明性而備受關(guān)注。然而離子導(dǎo)電的水凝膠材料的環(huán)境穩(wěn)定性較差，傳感性能隨所得水凝膠的脫水而降低。
近期，朱雨田教授課題組選用離子液體（IL）作為導(dǎo)電組分，和熱塑性聚氨酯（TPU）復(fù)合，得到具有應(yīng)變和溫度敏感特性的柔性、透明和抗菌的多功能離子凝膠型傳感器（圖1）。作為應(yīng)變傳感材料時(shí)，離子凝膠材料具有較寬的應(yīng)變響應(yīng)范圍（0.1-500%）和快速的響應(yīng)時(shí)間（96 ms）和回復(fù)時(shí)間（119 ms）；在拉伸應(yīng)變50%條件下經(jīng)過1000次加載/卸載循環(huán)后，表現(xiàn)出優(yōu)異的重復(fù)性和穩(wěn)定性（圖2）。作為溫度傳感材料時(shí)，離子凝膠的溫度檢測精度低至0.1 oC，溫度檢測范圍在-40-100 oC，具有優(yōu)異的抗凍性和耐高溫性，并在拉伸狀態(tài)下仍能保持優(yōu)異的溫度敏感行為（圖3）。基于離子凝膠優(yōu)異的應(yīng)變和溫度傳感性能，一方面，該傳感材料可用于監(jiān)測人體微妙運(yùn)動（例如，臉頰凸起和說話）和大幅度運(yùn)動（例如，手指和手腕的彎曲）；另一方面，還可以監(jiān)測各種溫度變化信號（例如，手機(jī)充電引起的溫度變化）（圖4）。同時(shí)，這種基于離子凝膠的傳感材料具有明顯的抗菌能力和良好的生物相容性。相關(guān)論文以“Flexible, Transparent, and Antibacterial Ionogels toward Highly Sensitive Strain and Temperature Sensors”為題，發(fā)表在《Chemical Engineering Journal》上。
圖1. 離子凝膠的結(jié)構(gòu)
圖2. 離子凝膠的應(yīng)變傳感性能分析。
展開 南京郵電大學(xué)趙強(qiáng)教授和黃維院士團(tuán)隊(duì)AFM：一體化中空花狀COFs構(gòu)建柔性透明儲能器件
本文工作為進(jìn)一步設(shè)計(jì)中空COFs以及組裝基于該結(jié)構(gòu)的柔性透明器件奠定了基礎(chǔ)。
西北工業(yè)大學(xué)黃維院士、南京郵電大學(xué)趙強(qiáng)教授和趙為為博士為共同通訊作者，在讀博士生王維康為該文章的第一作者。
原文鏈接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.202010306
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