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同济大学化学科学与工程学院吴彤团队在超折叠导电材料方面再获新突破
2021-12-02 10:02
同济大学
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  众所周知,柔性电子及其可穿戴器件是当今科技的前沿和热点研究领域,由此开发出的很多产品已走进了千家万户。然而,产品自由缩放所需的超折叠问题始终没有得到解决,其关键环节之一是缺乏能够大量反复无损真折叠的导电材料。为此,在与多方合作实现导电材料超折叠的基础上(Matter, 2021, 4(10): 3232-3247),化学科学与工程学院特聘研究员吴彤在超折叠导电材料的厚度极限和比表面极限两个方面同时再获新突破,相关成果“Approaching Superfoldable Thickness-Limit Carbon Nanofiber Membranes Transformed from Water-Soluble PVA”日前发表在国际权威期刊《纳米快报》(Nano Letters, 2021, 21 (20): 8831-8838)上。

  论文第一作者为化学科学与工程学院博士生柴杉杉,吴彤为通讯作者。同济大学为唯一单位,并拥有完全的自主知识产权。

  受到蜘蛛纺丝多级水分管理过程的启发,同济大学吴彤团队使用价格低廉且完全水溶性的聚乙烯醇(PVA)为原料,通过水溶胶静电纺丝,结合水管理的温度梯度脱水/碳化的联合仿生技术,制备出一种逼近超折叠极限厚度(~10μm)和极限比表面(~1370m2/g)的且能够承受100000次以上无损真折叠的碳纤维膜材料(PVA-SFCNFMs)。

  该项工作既是上一项研究中理论成果的验证,更体现出了超折叠基础上的三项重要创新,并逼近了两个极限指标。其一,逼近了超折叠导电材料的薄度极限;其二,达到了超折叠导电材料的比表面极限;其三,通过预碳化阶段的深入研究,破解了全碳链水溶性前驱体PVA难成线、易交连、产率低的难题,显著提高了其生物相容性。

  由于具备上述特点,PVA-SFCNFMs这一新颖的超折叠碳材料不仅可以在柔性电子和可穿戴器件方面大显身手,还可以在吸附催化、海水淡化、尿毒症透析、人体植入性器件等方面发挥巨大作用。

  此外,吴彤团队近期还与美国加利福尼亚大学洛杉矶分校(UCLA)陈俊等专家合作在超折叠电极上取得了突破性进展,相关成果“Bioinspired Nanocomposites with Self-Adaptive Stress Dispersion for Super-Foldable Electrodes”近期在线发表在综合性国际权威期刊《尖端科学》(Advanced Science, 2021, DOI: 10.1002/advs.202103714)上。

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