柔性導(dǎo)電薄膜的案例
:具有面內(nèi)可逆折疊-伸展性能的柔性導(dǎo)電薄膜
作為柔性電子器件的基礎(chǔ)材料，柔性導(dǎo)電薄膜在光電器件、電子/離子皮膚、可穿戴傳感器等領(lǐng)域受到了廣泛關(guān)注。經(jīng)過(guò)30年的不懈努力，研究者們?cè)谠O(shè)計(jì)制備具有可彎曲性、可拉伸性的柔性導(dǎo)電薄膜方面取得了巨大成功，極大促進(jìn)了柔性光電子領(lǐng)域的發(fā)展。隨著科技的發(fā)展，人們?cè)谛⌒突捅銛y性等方面對(duì)新一代智能柔性電子器件提出了更高要求。因此，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)能夠自由折疊-伸展的新型柔性導(dǎo)電薄膜材料，具有重要的科學(xué)意義和迫切的應(yīng)用需求。
近日，煙臺(tái)大學(xué)劉洪亮教授團(tuán)隊(duì)將導(dǎo)電離子液體1-乙基-3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽（[EMIm][NTf2]）浸潤(rùn)具有平行聚乳酸（PLA）微結(jié)構(gòu)框架的多孔聚（偏二氟乙烯-co-六氟丙烯）（PVDF-HFP）納米纖維網(wǎng)絡(luò)，制備了一種能夠可逆的在面內(nèi)折疊-伸展的柔性導(dǎo)電薄膜。一方面，納米纖維網(wǎng)絡(luò)和液體分子之間的離子-偶極相互作用賦予聚合物膜超浸潤(rùn)性，進(jìn)一步為復(fù)合薄膜可逆的面內(nèi)折疊-展開(kāi)提供了毛細(xì)驅(qū)動(dòng)力。另一方面，通過(guò)合理的微米尺度框架設(shè)計(jì)，可以增強(qiáng)薄膜的面內(nèi)折疊-展開(kāi)程度。本工作為滿足新一代智能柔性電子器件的小型化和便攜性，提供了關(guān)鍵基礎(chǔ)材料。
圖1.可逆面內(nèi)折疊-展開(kāi)的柔性導(dǎo)電薄膜的設(shè)計(jì)。(a)通過(guò)靜電紡絲制備多孔PVDF-HFP納米纖維網(wǎng)絡(luò)。(b)通過(guò)3D打印在多孔PVDF-HFP納米纖維膜上引入微米PLA框架。(c)多尺度聚合物網(wǎng)絡(luò)超親[EMIm][NTf2]，形成均一穩(wěn)定的液膜，顯示出可逆的面內(nèi)折疊-伸展性能。
由于毛細(xì)效應(yīng)，PVDF-HFP網(wǎng)絡(luò)能夠維持一層穩(wěn)定的離子液體液膜，使制備的復(fù)合薄膜在宏觀上均勻且透明。
展開(kāi) 用于電子器件熱管理的高導(dǎo)熱性和低導(dǎo)電性的柔性薄膜
此外，熱管理材料的導(dǎo)電性也應(yīng)考慮在內(nèi)電子設(shè)備。電子產(chǎn)品中有大量的電路集成芯片中，這將不可避免地產(chǎn)生漏電流。熱管理材料往往由于含有高導(dǎo)電性石墨烯、碳納米管(CNTs)等導(dǎo)電性高的導(dǎo)熱填料，因此容易引起短路。那么如何使相變材料具有優(yōu)異的傳熱性能，同時(shí)能保持低的電導(dǎo)率下和優(yōu)異的柔性是目前面臨的挑戰(zhàn)之一。
02
成果掠影
大連理工大學(xué)唐炳濤教授在制備具有高導(dǎo)熱和低電阻、以及優(yōu)異的柔性的熱管理材料方面取得新進(jìn)展。本文提出了一種新型的柔性熱管理相變薄膜PCPU/mCNTs。作者將烷基化改性碳納米管（mCNTs）設(shè)計(jì)成相變聚氨酯（PCPU）體系。基于高電阻和mCNTs的導(dǎo)熱性能，制備出的PCPU / mCNT薄膜表現(xiàn)出增強(qiáng)的導(dǎo)熱性和高電阻。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，PCPU/ mCNTs薄膜具有優(yōu)異的柔韌性、抗拉性(>6 MPa)、熱穩(wěn)定性、高相變焓(>92 J/g)、高導(dǎo)熱系數(shù)和高電阻(比銅高5個(gè)數(shù)量級(jí))。基于上述優(yōu)異性能，PCPU/mCNTs薄膜可以通過(guò)相變和散熱的協(xié)同作用，有效地實(shí)現(xiàn)電子器件的熱管理。此外，PCPU/mCNTs薄膜還可以根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行重塑和回收。該工作為電子器件熱管理材料的設(shè)計(jì)提供了一種新思路，未來(lái)應(yīng)進(jìn)一步關(guān)注該方法的普適性。研究成果以“Flexible phase change films with enhanced thermal conductivity and low electrical conductivity for thermal management”為題發(fā)表于《Chemical Engineering Journal》。
展開(kāi) 50-600nm厚度的高遷移率、柔性大面積石墨烯薄膜
50-600nm厚度的高遷移率、柔性大面積石墨烯薄膜
50-600nm厚度的高遷移率、柔性大面積石墨烯薄膜
將其應(yīng)用于電磁屏蔽，nMAG的高導(dǎo)電性將其達(dá)成商用最小屏蔽效果(20 dB)的材料厚度降低到了100 nm；將其應(yīng)用于紅外探測(cè)，強(qiáng)光致熱發(fā)射(PTI)效應(yīng)將擴(kuò)展了石墨烯/硅二極管的響應(yīng)波長(zhǎng)從1.5 μm擴(kuò)展到了4 μm。此外，作者通過(guò)將200 nm厚的nMAG層層組裝，降低薄膜氣體逸散阻力，進(jìn)而抑制氣囊的產(chǎn)生。所制備10 μm厚的石墨烯薄膜表現(xiàn)出了較低的折皺密度以及高的導(dǎo)熱系數(shù)(1581 W m?1 K?1)。研究成果以“Flexible Large?Area Graphene Films of 50–600 nm Thickness with High Carrier Mobility”為題發(fā)表于《Nano-Micro Letters》。 l 03圖文導(dǎo)讀 圖1. 超薄自支撐GO/PAN薄膜的制備。 圖2. 基于PAN原子氣體溢出通道。 圖3. nMAG的結(jié)構(gòu)和柔性。 圖4. nMAG的電學(xué)性能和應(yīng)用。 圖5. 由200 nm nMAG 組裝的10 μm mMAG的熱性能。 ★ 平臺(tái)聲明 部分素材源自網(wǎng)絡(luò)，版權(quán)歸原作者所有。分享目的僅為行業(yè)信息傳遞與交流，不代表本公眾號(hào)立場(chǎng)和證實(shí)其真實(shí)性與否。如有不適，請(qǐng)聯(lián)系我們及時(shí)處理。歡迎參與投稿分享！
展開(kāi) 新型柔性薄膜晶體管：有望帶來(lái)高性能柔性可穿戴設(shè)備！
導(dǎo)讀
近日，中國(guó)山東大學(xué)與英國(guó)曼徹斯特大學(xué)的研究人員在柔性電子領(lǐng)域取得一項(xiàng)重要進(jìn)展，他們開(kāi)發(fā)出超高速的新型柔性納米晶體管。它由氧化物半導(dǎo)體制成，能以1GHz 的基準(zhǔn)速度運(yùn)行。
背景
傳統(tǒng)電子產(chǎn)品，往往會(huì)給我們一種“僵硬”的印象，它們無(wú)法經(jīng)受彎曲、扭曲和拉伸。然而，新興的柔性電子產(chǎn)品卻彌補(bǔ)了傳統(tǒng)電子產(chǎn)品的這些不足。特別是對(duì)于可穿戴設(shè)備來(lái)說(shuō)，柔性電子技術(shù)的發(fā)展大大改善了用戶的佩戴體驗(yàn)，更加適應(yīng)人體的自由運(yùn)動(dòng)。
之前，筆者曾介紹過(guò)許多柔性電子產(chǎn)品，例如：柔性電池、柔性液晶屏、柔性可穿戴傳感器、柔性的有機(jī)閃存、柔性超級(jí)電容、柔性微處理器、柔性觸控傳感器、柔性天線、柔性電子紙張等等。為了讓大家有一個(gè)更直觀的認(rèn)識(shí)，下面通過(guò)圖片進(jìn)行展示：
（圖片來(lái)源：加州大學(xué)圣地亞哥分校）
（圖片來(lái)源：日本東北大學(xué)）
（圖片來(lái)源：佛羅里達(dá)州立大學(xué)）
（圖片來(lái)源：KAIST）
（圖片來(lái)源：曼徹斯特大學(xué)）
（圖片來(lái)源：英屬哥倫比亞大學(xué)）
（圖片來(lái)源：Graphene Flagship）
（圖片來(lái)源： Mats Tiborn）
創(chuàng)新
近日，在柔性電子領(lǐng)域又出現(xiàn)一項(xiàng)重要研究進(jìn)展。中國(guó)山東大學(xué)（ Shandong University）與英國(guó)曼徹斯特大學(xué)（University of Manchester ）的研究人員合作開(kāi)發(fā)出一種新型超高速的柔性納米晶體管，也稱為“薄膜晶體管”（TFT）。它由氧化物半導(dǎo)體制成，能以1GHz 的基準(zhǔn)速度運(yùn)行。
技術(shù)
TFT 是一種通常應(yīng)用于液晶顯示屏（LCD）中的晶體管。具有LCD顯示屏的大多數(shù)現(xiàn)代電子設(shè)備，例如智能手機(jī)、平板電腦和高清電視，都具有TFT。
TFT是如何工作的呢？
展開(kāi) 
具有反常壓阻效應(yīng)的液態(tài)金屬柔性導(dǎo)電復(fù)合材料
在材料被拉伸時(shí)，這些液態(tài)金屬液滴會(huì)隨著彈性基底一同變形，這防止了導(dǎo)電填料的分離；同時(shí)液滴和垂直于拉伸方向的金屬顆粒之間距離減小，使得它能夠聯(lián)通附近的金屬粉末從而提升材料的整體導(dǎo)電性。COMSOL模擬計(jì)算結(jié)果表明，這種固液填料混合的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)可以在機(jī)械變形時(shí)增加彈性體內(nèi)部導(dǎo)電填料的電接觸點(diǎn)的密度，從而大大提升材料的電導(dǎo)率。
此外，研究人員還進(jìn)一步研究了復(fù)合材料對(duì)磁場(chǎng)的響應(yīng)以及導(dǎo)熱性能，并開(kāi)發(fā)了磁壓傳感器，柔性加熱膜等應(yīng)用。其中柔性加熱膜能夠感應(yīng)表面壓力大小并自動(dòng)調(diào)節(jié)加熱溫度，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單不含傳感器等電路元件，可以任意裁剪，方便應(yīng)用在柔性設(shè)備上。由于其具有出色的機(jī)械，電氣和熱傳導(dǎo)性能，我們相信該復(fù)合材料在傳感器，軟體機(jī)器人和可穿戴設(shè)備領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
使用液態(tài)金屬?gòu)?fù)合材料制作的柔性加熱膜工作原理和智能加熱可穿戴設(shè)備
近日，該成果以“Liquidmetal-filled magnetorheological elastomer with positive piezoconductivity”為題，發(fā)表在《自然·通訊》雜志上（Nat. Commun., 2019, 10, 1300）。該論文第一作者為澳大利亞伍倫貢大學(xué)博士研究生贠國(guó)霖。澳大利亞伍倫貢大學(xué)唐詩(shī)楊博士和李衛(wèi)華教授，以及美國(guó)北卡羅萊納州立大學(xué)Michael Dickey教授為共同通訊作者。
文章鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41467-019-09325-4
來(lái)源：高分子科學(xué)前沿
展開(kāi) Baughman：離子鍵和π共軛作用有序交聯(lián)的超強(qiáng)高導(dǎo)電可折疊的石墨烯薄膜
石墨烯具有優(yōu)異的力學(xué)和電學(xué)性能，其在航空航天以及柔性電子器件領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，而制約其實(shí)際應(yīng)用的一個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題在于：如何將微米尺度的石墨烯納米片組裝成高性能宏觀材料。目前，提升宏觀石墨烯薄膜性能的策略主要分為優(yōu)化石墨烯納米片的品質(zhì)和石墨烯納米片層之間的有效交聯(lián)。第一種策略包括使用大尺寸的氧化石墨烯（Graphene oxide, GO）納米片，調(diào)控GO納米片的化學(xué)結(jié)構(gòu)等。雖然這些方法在一定程度上可以提升宏觀石墨烯薄膜的性能，但仍遠(yuǎn)低于單層石墨烯納米片。相比之下，第二種策略通過(guò)石墨烯片層之間的界面交聯(lián)作用，可以大幅提升宏觀石墨烯薄膜的性能。然而，界面交聯(lián)劑（如聚合物）的加入往往降低了宏觀石墨烯薄膜的電學(xué)性能。因此，高強(qiáng)高導(dǎo)電宏觀石墨烯復(fù)合薄膜的組裝仍然是該領(lǐng)域的研究難題。
圖1.有序交聯(lián)石墨烯薄膜的制備過(guò)程及結(jié)構(gòu)示意圖。
近日，北京航空航天大學(xué)的程群峰教授提出仿生構(gòu)筑界面交聯(lián)的策略，和美國(guó)德克薩斯大學(xué)達(dá)拉斯分校的Ray H. Baughman教授合作，通過(guò)室溫離子鍵和π共軛作用有序交聯(lián)如圖1所示，仿生構(gòu)筑了高強(qiáng)高導(dǎo)電可折疊的宏觀石墨烯薄膜。該有序交聯(lián)石墨烯薄膜的拉伸強(qiáng)度和韌性分別達(dá)到821.2 MPa和20.2MJ/m3，為無(wú)交聯(lián)石墨烯薄膜的4和7.5倍（如圖2所示）。值得一提的是，該石墨烯薄膜的拉伸強(qiáng)度可以與成本較高的準(zhǔn)各項(xiàng)同性的商用碳纖維復(fù)合材料相媲美，并且韌性優(yōu)于后者。此外，這種有序界面交聯(lián)策略也可以有效提升石墨烯納米片的規(guī)整取向，從而使石墨烯薄膜的導(dǎo)電性能大幅提升，導(dǎo)電率達(dá)到415.8 S/cm，是無(wú)交聯(lián)石墨烯薄膜的1.9倍。此外，這種石墨烯薄膜具有優(yōu)異的電磁屏蔽性能，在0.3~12 GHz范圍電磁波段的屏蔽效能約為20 dB，優(yōu)于無(wú)交聯(lián)石墨烯薄膜（~14.2 dB）。
展開(kāi) Horiz.》浙江大學(xué)姚鑫驊/賀永：可回收的導(dǎo)電納米粘土，直接原位打印水凝膠柔性電子產(chǎn)品
【科研摘要】
基于液態(tài)金屬（
LM）的柔性和可拉伸電子產(chǎn)品在可穿戴健康監(jiān)控，電子皮膚和軟機(jī)器人方面引起了廣泛的關(guān)注。然而，由于它們的巨大的表面張力和弱的可濕性，直接在柔軟的基板上對(duì)LM進(jìn)行構(gòu)圖以形成期望的功能電路是具有挑戰(zhàn)性的。
最近
，
浙江大學(xué)
姚鑫驊博士
/
賀永教授
團(tuán)隊(duì)
通過(guò)將納米粘土引入到LM系統(tǒng)中來(lái)制備可回收，自修復(fù)的導(dǎo)電納米粘土，該納米粘土具有低流動(dòng)性和對(duì)軟質(zhì)基材的優(yōu)異粘合性，并且與壓印工藝結(jié)合使用，可以直接在原位快速
打印水凝膠
柔性電子產(chǎn)品。
導(dǎo)電納米粘土具有出色的導(dǎo)電性，對(duì)變形的顯著電響應(yīng)，極低的電滯后性和出色的減損能力，使其成為快速制造柔性電子產(chǎn)品的理想直接
打印油墨。
由于獨(dú)特的結(jié)構(gòu)組成，導(dǎo)電納米粘土可在真空中生長(zhǎng)并保持出色的導(dǎo)電性，基于此，無(wú)需復(fù)雜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)即可制造可在極端環(huán)境（例如外部空間）中使用的真空接通開(kāi)關(guān)。此外，將具有優(yōu)異皮膚貼合性的電子紋身直接印在手腕上，可用于監(jiān)視手腕在兩個(gè)不同彎曲方向上的運(yùn)動(dòng)。相關(guān)論文以題為
Recyclable conductive nanoclay for direct in situ printing flexible electronics
發(fā)表在《
Materials Horizons
》上。
【主圖導(dǎo)讀】
圖
1導(dǎo)電納米粘土的制備過(guò)程和附著機(jī)理
（A）在攪拌下制備導(dǎo)電納米粘土的過(guò)程的示意圖。（B）導(dǎo)電納米粘土的掃描電子顯微鏡（SEM）圖像。（C）附著在基板上的導(dǎo)電納米粘土的示意圖。（D）導(dǎo)電納米粘土對(duì)不同軟質(zhì)基材的粘合機(jī)理：（I）硅酮彈性體和（II）水凝膠。（E）基于導(dǎo)電納米粘土的
打印
柔性電子過(guò)程的程序示意圖。
展開(kāi) 《JMCC》南洋理工大學(xué)俞璟：互穿 PAA-PEDOT 導(dǎo)電水凝膠柔性皮膚傳感器
總結(jié)
團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種具有良好導(dǎo)電性的柔性和可拉伸互穿
PAA-PEDOT 水凝膠。通過(guò)加入額外的表面微結(jié)構(gòu)，互穿的 PAA-PEDOT 水凝膠可以承受 30% 的外部拉伸，而不會(huì)影響其導(dǎo)電性。利用這些優(yōu)點(diǎn)，開(kāi)發(fā)的PAA-PEDOT水凝膠可用于制造基于水凝膠的電化學(xué)傳感器，可用作表皮汗液傳感器的離子傳感器，如Na
+
和K
+
。
互穿PAA-PEDOT導(dǎo)電水凝膠可作為用于個(gè)性化醫(yī)療的柔性電子設(shè)備的重要電極材料，包括監(jiān)測(cè)人體汗液中重要的化學(xué)生物標(biāo)志物，如離子、葡萄糖和乳酸，測(cè)量各種電生理信號(hào)（腦電圖、心電圖、 和 EMG），以及體內(nèi)神經(jīng)信號(hào)記錄和刺激
。
參考文獻(xiàn)
：
doi.org/10.1039/D1TC01578H
版權(quán)聲明：
「
高分子材料科學(xué)
」旨在分享學(xué)習(xí)交流高分子聚合物材料學(xué)等領(lǐng)域的研究進(jìn)展。編輯水平有限
，
上述僅代表個(gè)人觀點(diǎn)。投稿，薦稿或合作請(qǐng)后臺(tái)聯(lián)系編輯。感謝各位關(guān)注！
展開(kāi) ：可原位印刷的導(dǎo)電納米粘土/液態(tài)金屬基柔性電子
液態(tài)金屬的可流動(dòng)性和高導(dǎo)電性被廣泛應(yīng)用于柔性電子器件制造，然而過(guò)大的表面張力導(dǎo)致液態(tài)金屬易團(tuán)聚成球，難以保持理想的電路狀態(tài)。低成本的絲網(wǎng)印刷及噴墨打印很難用于構(gòu)造液態(tài)金屬基柔性電子。此外，由于液態(tài)金屬的粘附力弱，柔性電子的基底可供選擇的余地很小。
受到活字印刷術(shù)與生活中郵戳的啟發(fā)，浙江大學(xué)賀永教授團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了新型的納米粘土/液態(tài)金屬墨水，可在皮膚表面原位印刷柔性電子，相關(guān)工作以“Recyclable conductive nanoclay for direct in-situ printing flexible electronics”發(fā)表于“Materials Horizons”，武鵬程碩士生為第一作者，賀永教授與姚鑫驊副教授為共同通訊作者。
研究人員設(shè)計(jì)了一種可回收、自修復(fù)的導(dǎo)電納米粘土和匹配的印刷工藝。首先，為了使液態(tài)金屬更好地附著并易于印刷，研究人員使用液態(tài)金屬代替了潮濕粘土中的水，從而獲得了導(dǎo)電納米粘土，該墨水優(yōu)點(diǎn)是制造方式簡(jiǎn)單，僅通過(guò)攪拌液態(tài)金屬和納米粘土混合物即可制備，可以直接用作印泥用于印制導(dǎo)電圖案。在印刷過(guò)程中，納米粘土團(tuán)塊充當(dāng)連接基材和液態(tài)金屬的“支點(diǎn)”，這使得導(dǎo)電納米粘土對(duì)柔軟的基材（如有機(jī)硅彈性體和水凝膠）具有更好的親和力（如圖1C-D所示）。與之前基于液態(tài)金屬研究的其他柔性電子制備工藝相比，例如轉(zhuǎn)移印刷，獲得導(dǎo)電圖案的時(shí)間大大縮短，僅幾秒鐘。
展開(kāi) 一種用于熱管理的柔性相變薄膜材料
02
成果掠影
近期，中國(guó)科學(xué)院大連物理化學(xué)研究所史全教授在開(kāi)發(fā)具有柔性的熱管理相變材料取得新的成果。該團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種具有高轉(zhuǎn)變焓的柔性自愈相變膜，該相變膜具有較高的儲(chǔ)能密度、良好的柔韌性和自愈能力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在98.7℃的相變溫度下，相變膜具有優(yōu)異的彈性，相變焓高達(dá)191.5 J/g。值得注意的是，由于氫鍵的可逆性，柔性相變膜具有良好的自修復(fù)能力，其自修復(fù)效率高達(dá)91.1%。此外，還將相變膜附著在加熱平臺(tái)表面，以評(píng)估其在熱管理方面的潛力。該柔性自愈相變膜在不同升溫速率下均能保持高效的熱管理能力，具有發(fā)展先進(jìn)熱管理技術(shù)的巨大潛力。研究成果以“Flexible self-healing phase change film with high transition enthalpy for thermal management ”為題發(fā)表于《Journal of Energy Storage》。
03
圖文導(dǎo)讀
圖1.PVP/PVA/Ery相變膜的制備方案。
圖2.材料的XRD結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3.相變薄膜材料的防漏實(shí)驗(yàn)。
圖4.相變薄膜的自愈合過(guò)程。
圖5.相變膜光學(xué)圖片以及材料的TGA/DSC曲線。
圖6.熱管理性能應(yīng)用示意圖。
展開(kāi) 具有優(yōu)異的柔性和熱管理性能的石墨烯薄膜
近年來(lái)，具有高導(dǎo)熱系數(shù)的柔性TIM引起了研究者的廣泛關(guān)注，以解決柔性電子器件中的過(guò)度散熱和改善熱管理問(wèn)題。
石墨烯(Gr)是一種最有前途的二維(2D)納米材料，具有極高的導(dǎo)熱系數(shù)(5300 W/（mK）)，優(yōu)異的柔韌性。然而，由于Gr的分散性差和Gr片間熱阻高，Gr膜的導(dǎo)熱系數(shù)明顯低于單層Gr。因此，在考慮降低熱阻的同時(shí)，應(yīng)努力改善Gr片材在懸浮液中的分散，促進(jìn)其在膜中的取向。
為了獲得高導(dǎo)熱的柔性Gr薄膜，提高Gr的分散性至關(guān)重要。芳綸納米纖維(ANFs)、明膠、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)被用作Gr分散體的分散劑，PVP中親水性(-CONH)和疏水性(-CH)基團(tuán)的存在加速了Gr的分散，導(dǎo)致真空過(guò)濾后形成致密的高導(dǎo)熱石墨烯薄膜。然而，PVP的導(dǎo)熱系數(shù)低得多，這將略微降低石墨烯薄膜的導(dǎo)熱系數(shù)。因此如何通過(guò)PVP提高Gr的分散性而不惡化導(dǎo)熱性的材料制備技術(shù)是非常重要的。
02
成果掠影
近期，中國(guó)科學(xué)院大學(xué)李江濤團(tuán)隊(duì)通過(guò)真空輔助過(guò)濾策略提出了高導(dǎo)熱和柔性石墨烯(Gr)薄膜。在真空剪切力和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的分散作用的驅(qū)動(dòng)下，由于氫鍵(h -鍵)的作用，石墨烯片層呈層狀堆疊。高度層合的Gr/PVP薄膜(GPVP-F)表現(xiàn)出81.2 W/（mK）的高面內(nèi)導(dǎo)熱系數(shù)和5.1 W/（mK）的垂直平面導(dǎo)熱系數(shù)。在實(shí)際應(yīng)用中，GPVP-F作為柔性TIM使用時(shí)，使發(fā)光二極管(LED)芯片溫度降低4.3°C(從46.1°C降至41.8°C)，對(duì)于室溫器件(< 50°C)的冷卻效果處于先進(jìn)水平。此外，GPVP-F即使在100°C下仍具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性(68.1 W/（mK）)，并且經(jīng)過(guò)10次加熱冷卻循環(huán)后仍具有出色的穩(wěn)定性。更重要的是，出色的靈活性確保了GPVP-F能夠應(yīng)用于不規(guī)則形狀的設(shè)備。
展開(kāi) 
：基于全固態(tài)離子導(dǎo)電彈性體高精度3D打印智能柔性器件
然而，目前3D打印依然受到各種因素的限制，尤其是可選擇的打印材料種類非常有限，并且常用的熱固性或熱塑性樹(shù)脂是剛性和非導(dǎo)電材料，極大地限制了3D打印在柔性電子器件中的應(yīng)用。近年來(lái)，3D 打印軟導(dǎo)電材料（如水凝膠/離子凝膠）的快速發(fā)展為可穿戴觸覺(jué)設(shè)備和生物電子等智能應(yīng)用開(kāi)辟了新機(jī)遇，但是仍然面臨一些無(wú)法逾越的瓶頸：水凝膠/離子凝膠內(nèi)液體容易蒸發(fā)或泄漏，導(dǎo)致其電學(xué)和機(jī)械性能的穩(wěn)定性欠佳。雖然通過(guò)設(shè)計(jì)光固化離子 彈性體可以克服這些難題，但是目前大多數(shù)離子 彈性體的光聚合動(dòng)力學(xué)較慢和光固化效率極低。因此，迄今鮮有高精度3D打印的離子 彈性體被報(bào)道。
基于此，香港城市大學(xué)王鉆開(kāi)教授團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種可快速光固化的全固態(tài)導(dǎo)電離子 彈性體（SCIE），實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)電軟材料的高分辨率3D打印，從根本上解決了3D打印凝膠在應(yīng)用中溶劑蒸發(fā)或泄露的難題。與傳統(tǒng)3D打印導(dǎo)電凝膠相比，SCIE不僅能打印出高分辨率的懸垂晶格結(jié)構(gòu)（~50 μm）,而且在較寬的溫度范圍內(nèi)展現(xiàn)出優(yōu)秀的力學(xué)性能、可拉伸性、導(dǎo)電性以及抗疲勞能力。通過(guò)設(shè)計(jì)與優(yōu)化拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，3D 打印柔性觸覺(jué)傳感器表現(xiàn)出高無(wú)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)傳感器幾倍的靈敏度。此外，SCIE還具有優(yōu)異的普適性，可以與其他功能性無(wú)機(jī)材料復(fù)合，為 3D打印功能材料的設(shè)計(jì)提供了新范式，同時(shí)也推動(dòng)了 3D打印在智能柔性電子器件中的應(yīng)用。
圖1. 3D打印SCIE的設(shè)計(jì)和優(yōu)點(diǎn)。（a和b）SCIE的實(shí)物照片和分子設(shè)計(jì)。（c）SCIE的電壓-電流曲線。(d) SCIE的光固化動(dòng)力學(xué)。（e）SCIE的機(jī)械性能。（f）SCIE與商用打印材料粘度的對(duì)比。（g）SCIE和常用3D打印軟材料的楊氏模量、導(dǎo)電性、固化速度和流動(dòng)性的對(duì)比。
圖2. SCIE的3D打印性能表征。
展開(kāi) 柔性薄膜壓力傳感器在模具間隙測(cè)量中的應(yīng)用
壓力測(cè)量工具——柔性薄膜壓力傳感器
柔性薄膜壓力傳感器可通過(guò)壓力采集板的壓阻隨壓力的變化，測(cè)量出檢測(cè)區(qū)域的壓力值，通過(guò)電流信號(hào)傳輸至顯示終端，由壓力感應(yīng)模塊，數(shù)據(jù)收集、發(fā)送模塊和壓力顯示終端3 部分組成(圖6)，其中壓力感應(yīng)模塊可承受1 ～300 PSI，厚度0.2mm（厚度可根據(jù)要求定制）厚度小于沖壓制件最小板料厚度(0.65mm)，工作時(shí)將壓力感應(yīng)模塊置于模具型面的強(qiáng)壓面中，由數(shù)據(jù)收集、發(fā)送模塊記錄數(shù)據(jù)并通過(guò)無(wú)線信號(hào)/藍(lán)牙將數(shù)據(jù)發(fā)至顯示終端，顯示終端將采集的壓力數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成圖像，并顯示所有檢測(cè)點(diǎn)的壓力值。
圖6 柔性薄膜壓力傳感器構(gòu)成
柔性薄膜壓力傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)模具上下模壓料區(qū)域壓料力的數(shù)據(jù)化、可視化，結(jié)合制件工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中的CAE 分析(圖7)，進(jìn)行數(shù)值差異對(duì)比，便于快速查找制件面品問(wèn)題真因，并進(jìn)行快速處置，通過(guò)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)記錄，實(shí)現(xiàn)對(duì)模具強(qiáng)壓面的預(yù)防性管理。
圖7 模具設(shè)計(jì)CAE 模擬分析制件不同區(qū)域的理論壓料力數(shù)值
柔性薄膜壓力傳感器的使用
柔性薄膜壓力傳感器壓力感應(yīng)模塊厚度0.2mm (厚度可根據(jù)要求定制)，為適應(yīng)感應(yīng)器的使用范圍，按照國(guó)內(nèi)一般汽車沖壓件板材厚度，一般可通過(guò)包覆柔性塑料的方式來(lái)制作，厚度0.6mm，測(cè)試時(shí)在依據(jù)制件的實(shí)際板料厚度對(duì)壓力感應(yīng)模塊進(jìn)行包覆，以達(dá)到與板料同厚度，提高壓力測(cè)量的準(zhǔn)確性，并且對(duì)感應(yīng)模塊進(jìn)行保護(hù)。具體使用步驟如下。
如圖8 所示，傳感器壓力感應(yīng)模塊表面包覆柔性塑料(圖9)來(lái)保護(hù)內(nèi)部線路及壓力傳感器，厚度為0.6mm，使用時(shí)在表面包覆拉延膠帶，使其厚度與測(cè)量區(qū)域板料厚度保持一致，來(lái)保證壓力測(cè)量的準(zhǔn)確性。
展開(kāi) 陳義旺/胡笑添課題組：非潤(rùn)濕導(dǎo)電高分子陽(yáng)極界面層制備高性能柔性鈣鈦礦太陽(yáng)電池
南昌大學(xué)/江西師范大學(xué)陳義旺教授課題組提出了采用一種非潤(rùn)濕的油溶性PEDOT（Oil-PEDOT）做為空穴傳輸層制得高性能的柔性鈣鈦礦太陽(yáng)電池。研究發(fā)現(xiàn)，Oil-PEDOT有著很好的結(jié)晶性和可印刷性，在非摻雜的狀態(tài)下有良好的導(dǎo)電性和電荷傳輸性能，在調(diào)控了大面積柔性鈣鈦礦的結(jié)晶質(zhì)量后，器件的機(jī)械穩(wěn)定性得到很大提升。
鈣鈦礦由于其優(yōu)異的光電性能和結(jié)晶性在光伏器件中得到了廣泛應(yīng)用。過(guò)去十年里，在研究人員的不懈努力下，鈣鈦礦太陽(yáng)電池得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，最高認(rèn)證效率（NREL）已經(jīng)超過(guò)了25%。然而，大面積柔性鈣鈦礦薄膜結(jié)晶質(zhì)量不佳和高成本的物料依然是限制鈣鈦礦太陽(yáng)電池朝商業(yè)化進(jìn)軍的重要因素。最近陳義旺教授課題組合成了一種非潤(rùn)濕的油溶性PEDOT（Oil-PEDOT）并將其作為陽(yáng)極界面層應(yīng)用在柔性鈣鈦礦器件當(dāng)中。
作者首先對(duì)合成的Oil-PEDOT進(jìn)行了初步的光學(xué)和電學(xué)表征，相比于參考樣品（PEDOT:PSS），其性能有一定改善，如圖1所示。進(jìn)一步研究后發(fā)現(xiàn)Oil-PEDOT中PEDOT組分含量要遠(yuǎn)高于PEDOT:PSS，同時(shí)在相應(yīng)的薄膜上也觀察到Oil-PEDOT的結(jié)晶性要強(qiáng)于PEDOT:PSS，具有島狀結(jié)晶的Oil-PEDOT更利于電荷傳輸同時(shí)也改善了上層鈣鈦礦的結(jié)晶生長(zhǎng)質(zhì)量。此外，在光學(xué)顯微鏡下觀察到Oil-PEDOT不存在很明顯的液邊擴(kuò)張現(xiàn)象，從而可以印證其相比于參考墨水（PEDOT:PSS）來(lái)說(shuō)具有更優(yōu)的可印刷性，如圖2所示。
圖1 合成工藝及光學(xué)性能圖。
圖2 材料的性能和形貌表征。
作者進(jìn)一步在優(yōu)化后的陽(yáng)極界面層上沉積鈣鈦礦，發(fā)現(xiàn)其上層鈣鈦礦的晶體質(zhì)量得到明顯改善，這與Oil-PEDOT上鈣鈦礦成核和結(jié)晶時(shí)間的降低有關(guān)。
展開(kāi) 陳義旺/胡笑添課題組：非潤(rùn)濕導(dǎo)電高分子陽(yáng)極界面層制備高性能柔性鈣鈦礦太陽(yáng)電池
南昌大學(xué)/江西師范大學(xué)陳義旺教授課題組提出了采用一種非潤(rùn)濕的油溶性PEDOT（Oil-PEDOT）做為空穴傳輸層制得高性能的柔性鈣鈦礦太陽(yáng)電池。研究發(fā)現(xiàn)，Oil-PEDOT有著很好的結(jié)晶性和可印刷性，在非摻雜的狀態(tài)下有良好的導(dǎo)電性和電荷傳輸性能，在調(diào)控了大面積柔性鈣鈦礦的結(jié)晶質(zhì)量后，器件的機(jī)械穩(wěn)定性得到很大提升。
鈣鈦礦由于其優(yōu)異的光電性能和結(jié)晶性在光伏器件中得到了廣泛應(yīng)用。過(guò)去十年里，在研究人員的不懈努力下，鈣鈦礦太陽(yáng)電池得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，最高認(rèn)證效率（NREL）已經(jīng)超過(guò)了25%。然而，大面積柔性鈣鈦礦薄膜結(jié)晶質(zhì)量不佳和高成本的物料依然是限制鈣鈦礦太陽(yáng)電池朝商業(yè)化進(jìn)軍的重要因素。最近陳義旺教授課題組合成了一種非潤(rùn)濕的油溶性PEDOT（Oil-PEDOT）并將其作為陽(yáng)極界面層應(yīng)用在柔性鈣鈦礦器件當(dāng)中。
作者首先對(duì)合成的Oil-PEDOT進(jìn)行了初步的光學(xué)和電學(xué)表征，相比于參考樣品（PEDOT:PSS），其性能有一定改善，如圖1所示。進(jìn)一步研究后發(fā)現(xiàn)Oil-PEDOT中PEDOT組分含量要遠(yuǎn)高于PEDOT:PSS，同時(shí)在相應(yīng)的薄膜上也觀察到Oil-PEDOT的結(jié)晶性要強(qiáng)于PEDOT:PSS，具有島狀結(jié)晶的Oil-PEDOT更利于電荷傳輸同時(shí)也改善了上層鈣鈦礦的結(jié)晶生長(zhǎng)質(zhì)量。此外，在光學(xué)顯微鏡下觀察到Oil-PEDOT不存在很明顯的液邊擴(kuò)張現(xiàn)象，從而可以印證其相比于參考墨水（PEDOT:PSS）來(lái)說(shuō)具有更優(yōu)的可印刷性，如圖2所示。
圖1 合成工藝及光學(xué)性能圖。
圖2 材料的性能和形貌表征。
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