超折叠导电碳材料研究获进展

  中化新网讯 10月18日,从同济大学化学科学与工程学院传出消息,该院吴庆生教授领衔的研究团队研发出一种超折叠导电碳材料(SFCM),可承受100万次乃至无限次的180°真折叠,有望应用于可折叠手机等柔性电子设备。

  现在市面上的可折叠手机,实际上只是利用了一个旋转轴,无法进行任意折叠。想要实现真正的可折叠,超折叠导电材料无疑是其中最为关键的一环。

  为此,该研究团队首先基于化学键理论建立了本征导电材料不可折原理,实现了折叠理论上的突破,还澄清了一直以来人们在这方面的模糊认识,为超折叠导电材料的设计制备扫清了障碍。在此基础上,他们应用超材料设计思想和仿生设计思路,使用改进的静电纺丝/梯度碳化技术,首次制备出无损超折叠的纤维网络碳,实现了材料上的突破。他们制备的这种超折叠导电碳材料可承受100万次乃至无限次180°真折叠,而无任何微结构损伤和导电率变化。

  “我们创制导电柔性超材料的灵感来源于一次参观蚕厂的机会。”吴庆生介绍,家蚕吐丝、做茧、缫丝等一系列过程能够获得具有超柔性的熟蚕茧。它不仅能够无限的超折叠,而且能够形成ε折叠结构。这些都为超折叠导电材料的制备提供了正确的设计思想与合理的设计路线。

  “随后,研究团队使用仿生的高分子静电纺丝来模仿家蚕的喷丝作茧过程和类似的网络结构,进一步通过梯度升温原位碳化模仿缫丝过程,最终实现了导电超折叠材料的制备。”同济大学特聘研究员吴彤介绍说。

  他们还通过自主设计的扫描电镜(SEM)微观动态观察系统,首次揭示了它的超折叠机理。“在实时观察中,我们发现它在折叠过程中通过多种结构形变最终形成ε结构,实现了全面的应力分散作用。”同济大学助理研究员昝广涛博士介绍道。

  “该项研究不仅实现了可折叠材料及其性能的突破,还揭示了折叠过程中的应力分散机制,为柔性电子器件中折叠相关的瓶颈问题提供了解决方案。”吴庆生表示,下一步,他们将把这套理论和方法拓展到更多更广的超折叠材料和设备中去,让可折叠手机等柔性电子设备变得收放自如,让可穿戴器件可以自由活动、随意洗藏,让折纸式手机、电脑一体化早日实现。


关键字:碳材料
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