柔性便攜設(shè)備是當今電子器件的主流發(fā)展方向,彈性是其必不可少的特性之一。有彈性的電子器件,如電化學超級電容器、鋰離子電池、有機太陽能電池、有機發(fā)光二極管、場效應晶體管等已被廣泛研究。但是這些器件都是在傳統(tǒng)的平面狀基底上實現(xiàn)的,這在很大程度上阻礙了此類器件的發(fā)展。便攜式應用設(shè)備必須具有質(zhì)量輕、體積小、效率高等特點,還得具有一定的彈性。同時具備以上特性是極具挑戰(zhàn)性的,因此迫切需要在相關(guān)領(lǐng)域開展突破性研究。
近年來有許多制備線狀微型器件的嘗試,比如線狀超級電容器,通常是將兩根包裹有電解液的電極纏繞制成,也有一些關(guān)于同軸結(jié)構(gòu)線狀超級電容器的成功經(jīng)驗。與平面狀結(jié)構(gòu)相比,線狀結(jié)構(gòu)具有質(zhì)輕和可編織的優(yōu)勢。通常,同軸結(jié)構(gòu)和纏繞結(jié)構(gòu)的超級電容器在彎曲的條件下依然具有優(yōu)異性能,但是它們沒有彈性,而彈性在許多應用中至關(guān)重要。比如實際應用的電子紡織器件,如果不具有彈性則易斷裂和破損。迄今為止,尚未有關(guān)于可拉伸高性能線狀超級電容器的研究,這主要是受到電極材料的限制。
最近,復旦大學高分子系彭慧勝教授課題組設(shè)計了一種旋轉(zhuǎn)平移法,可有效地結(jié)合高分子的彈性及碳納米管的優(yōu)異電學和機械性能,首次成功制備出可拉伸的線狀超級電容器,這種電容器可彎曲、折疊和拉伸,且在拉伸75%的情況下能100%保持電容器的各項性能。這種線狀電容器可進一步編織成各種形狀的織物,并可集成于各種微型電子器件上,從而滿足未來對于微型能源的需求。
該項研究工作以博士生仰志斌為第一作者的相關(guān)論文發(fā)表在Angew. Chem. Int. Ed.上(Yang, Z., Deng, J., Chen, X., Ren J., and Peng, H. Highly Stretchable, Fiber-Shaped Supercapacitor. Angew. Chem. Int. Ed., 2013, 52, DOI: 10.1002/anie.201307619, accepted)。
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