清華大學《ACS Appl. Mater. Interfaces》:通過碳納米管制備自我...

2020-12-05 騰訊網

本文要點：

1、將導電的排列CNT薄板（ACNTS）鋪在CNT-可交換鍵（xLCE）複合膜的表面上來開發自修復導電膜。

2、使用自修復導電膜來製造軟致動器和柔性超級電容器

1

成果簡介

導電膜對於現代電子學的發展很重要。然而，這些導電膜中的大多數在複雜的變形或意外損壞下易受結構破裂的影響，從而導致裝置無法工作。本文清華大學化學系張瑩瑩副教授與吉巖副教授（同為通訊作者）在《ACS Appl. Mater. Interfaces》期刊發表名為「Electricity-Triggered Self-Healing of Conductive and Thermostable Vitrimer Enabled by Paving Aligned Carbon Nanotubes」 的論文，研究受生物自我修復能力的啟發，將對齊的碳納米管（CNT）鋪在液晶彈性體複合膜的表面上開發了一種自我修復，熱穩定且導電的薄膜。

對齊的CNT片使複合材料具有導電性，因此複合材料不僅可以通過光癒合，還可以通過斷裂後的電來癒合。由於取向的CNT片的電熱效應，在1.18V/mm的電壓下，可輕易修復自愈膜上的劃痕。與原始樣品相比，修復後的薄膜具有幾乎相同的機械性能。薄膜的電氣和機械自修復來自碳的電氣重新連接納米管和酯交換誘導的網絡拓撲變化分別。進一步基於製備的自修復導電膜論證了軟促動器和高性能超級電容器。這種用於製備自修復導電膜的方法使得能夠開發自修復電子器件。

2

圖文導讀

圖1.自修復膜的製備和性能

圖2.薄膜的自我修復

圖3.基於自修復膜的軟促動器

圖4.自修復超級電容器的電化學性能。

3

小結

總之，受生物的啟發，通過將對齊的碳納米管鋪在液晶彈性體複合膜的表面上，成功展示了一種自修復，熱穩定和導電的膜。製備的自修復膜可以通過電和光來修復。導電膜由於導電層和自修復聚合物膜的組合而可以恢復其高性能。複合膜的電和機械自修復分別來自碳納米管的電重新連接和聚合物網絡中的酯交換反應。此外，基於自修復導電膜製造了柔性軟致動器和超級電容器。注意，為了保護目的，可以在保持自修復特性的同時，在ACNTS上覆蓋另一個xLCE或CNT-xLCE層。自愈導電膜以及進一步開發的儲能和轉換裝置有望用於下一代智能電子產品。

文獻：

Electricity-Triggered Self-Healing of Conductive and Thermostable Vitrimer Enabled by Paving Aligned Carbon Nanotubes

作者：

Huimin Wang，Yang Yang，Mingchao Zhang，Qi Wang，Kailun Xia，Zhe Yin，Yen Wei，Yan Ji*，Yingying Zhang*

連結：

https://doi.org/10.1021/acsami.9b21949

▼

相關焦點

  • 清華大學成功研製出高性能碳納米管導線
    近日，在北京市科委納米科技專項支持下，清華大學成功研製出高性能碳納米管導線，並開展了腦起搏器電極、碳納米管導線原型直流電機應用研究。　　碳納米管具有輕質、高強以及導電、導熱性能優異等特點，有望取代傳統金屬導線在航空航天、生物醫療等領域得到應用。常規碳納米管制備方法會導致金屬納米管與半導體納米管的混合，其中半導體屬性約佔2/3，造成碳納米管導線電導率比銅導線低兩個數量級，嚴重製約了碳納米管導線的實際應用。
  • 我國團隊創新碳納米管制備方法:純度達99.9999%,陣列密度達120/微米
    文 | 董溫淑智東西5月27日消息，近日，北京元芯碳基集成電路研究院研發了一種全新的碳納米管制備方法。使用該方法製備的碳納米管純度可達到99.9999%，陣列密度達到120/微米。通過這一技術，研究人員有望將集成電路技術推進到3nm節點以下。北京元芯碳基集成電路研究院是在北京市科委指導下，由北京大學等單位發起的集成電路研發機構，研究成果有完整的碳基集成電路技術和三維光電集成系統等。
  • ACS Appl. Mater. Interfaces綜述:紙基氣體、溼度、應變傳感器研究進展
    紙張作為一種柔性、低成本、輕薄、可裁剪、環境友好的材料，在柔性電子器件（如超級電容器、摩擦納米發電機、電晶體和各類傳感器）領域具有廣泛應用前景。值得一提的是，近年來用於監測人體和環境中氣體、溼度和應變的紙基傳感器受到了特別關注，並取得了諸多研究進展。
  • ACS Appl. Nano Mater:RuO2納米棒包覆碳納米纖維用於超級電容器
    DOI: 10.1021/acsanm.0c00579為了研究RuO2納米棒在超級電容器中的電容行為，採用沉澱和重結晶法在電紡碳納米纖維上簡單地生長了RuO2納米棒。在180℃、220℃和300℃的不同溫度下仔細地進行熱處理再結晶。
  • ACS Appl. Mater. Interfaces:飛秒雷射3D列印光纖MEMS器件用於氫氣傳感
    飛秒雷射誘導的雙光子聚合加工是一種納米級的增材加工技術，可以靈活精確地在光纖平臺上列印集成微懸臂梁等各種聚合物微納結構。Interfaces (2020)https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acsami.0c06179 (Fig. 1) 本工作提出一種全新的與光纖集成的微懸臂梁傳感器結構（圖2）。光纖同時作為微懸臂梁的支撐基底和檢測光信號的傳導媒介，光纖端面與微懸臂梁作為兩面反射鏡形成FP腔，微懸臂梁 FPI 的腔長變化信號可以通過光學幹涉的方法精確地求解出來。
  • ACS Appl. Mater. Interfaces:GaTe中晶界誘導的超低閾值隨機雷射
    有鑑於此，近日，深圳大學時玉萌教授和伊比利亞國際納米技術實驗室(INL)王中長教授（共同通訊作者）合作報導了一種基於單個多晶GaTe微薄片（MFs）的隨機雷射器（RL），其雷射閾值為4.15 kW cm-2，比所報導的單個GaN微線隨機雷射器低約1-2個數量級。
  • ACS Appl Mater & Interfaces:新型DNA「金字塔」納米結構可運輸...
    近日，刊登在國際雜誌ACS Applied Materials & Interfaces上的一篇研究論文中，來自新加坡國立大學的研究人員開發出了一種抵禦細菌感染的新型武器-DNA「金字塔」納米結構，這種新型的金字塔納米結構或許可以將細菌「罩住」從而比藥物更為高效地將其殺滅。
  • ACS Appl. Mater. Interfaces:具有出色靈敏度和檢測極限的Te基NO2傳感器
    通過簡單液相剝離製備的Te納米片顯示出對NO2的出色響應（25 ppb，201.8％和150 ppb，264.3％），並且室溫下的超低理論檢測極限（DL）為0.214 ppb，優於與大多數報導的2D材料。此外，Te傳感器具有快速響應（25 ppb，83 s和100 ppb，26 s）和恢復（25 ppb，458 s和100 ppb，290 s）。
  • 新材料 | 拉伸強度超過80GPa的超強碳納米纖維問世
    然而，當單根力學性能優異的碳納米管制備成宏觀材料時，其性能往往遠低於理論值。主要原因是形成纖維的碳納米管均長度較短，單元體之間以範德華力相互搭接，在拉力作用下極易發生相互滑移，無法充分利用碳納米管的本徵高強度。此外，碳納米管內的結構缺陷和雜亂取向等都會導致纖維強度下降。 鑑於此，清華大學化工系魏飛教授團隊與清華大學航天航空學院李喜德教授團隊合作，研發了接近單根碳納米管理論強度的超長碳納米管管束，其拉伸強度超越了目前發現的所有其它纖維材料。
  • ACS Appl. Mater. Interfaces:超靈敏柔性日盲光電探測器
    Interfaces, 2020, DOI:10.1021/acsami.0c10259)文獻連結：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.0c10259上海昂維科技有限公司現在提供光刻掩膜版製作等微納加工服務，歡迎各位老師和同學諮詢，竭誠做好每一份服務。
  • 清華化工系碳納米管團隊重大突破:發現碳納米管驚人的耐疲勞性能
    人類已知力學性能最好的材料—碳納米管，又有新的重大發現。近日，清華大學化工系魏飛教授和張如範副教授聯合團隊，在碳納米管的耐疲勞性能研究上取得重大突破，該團隊在國際上首次以實驗形式，測試出釐米級長度單根碳納米管的超耐疲勞性能。
  • 清華化工系碳納米管團隊重大突破：發現碳納米管驚人的耐疲勞性能
    人類已知力學性能最好的材料—碳納米管，又有新的重大發現。近日，清華大學化工系魏飛教授和張如範副教授聯合團隊，在碳納米管的耐疲勞性能研究上取得重大突破，該團隊在國際上首次以實驗形式，測試出釐米級長度單根碳納米管的超耐疲勞性能。
  • 清華魏飛/張如範—超長碳納米管，具有超耐疲勞性能
    清華大學化工系魏飛教授和張如範副教授團隊首次以實驗形式測試了釐米級長度單根超長碳納米管的耐疲勞性。超長碳納米管的結構和疲勞測試方案研究人員發現，碳納米管具有十分優異的耐疲勞性。碳納米管的耐疲勞性受到溫度的影響，隨著溫度的升高而下降。
  • 各種碳納米管的宏量製備方法大合集
    實現碳納米管的各種應用, 首先要實現結構和性能可控的碳納米管批量製備，而宏量製備的核心是在緩和的條件下獲得高質量、高純度的碳納米管。接下來我們將介紹幾種碳納米管的宏量製備。清華大學魏飛教授等人採用獨特結構且可流化催化劑實現流化床中單壁碳納米管大量製備。在CVD法中，納米金屬Fe顆粒是批量製備單壁碳納米管廣泛採用的催化劑。雙壁碳納米管的宏量製備雙壁碳納米管是由兩層石墨烯捲曲形成，具有較好的金屬及半導體性質。
  • ACS Appl. Mater. Interfaces:設計InSe範德華界面用於多級電荷存儲
    該概念驗證器件的關鍵功能是通過在InSe表面層上進行間接氧等離子體處理產生電荷俘獲位點來提供的。與浮柵非易失性存儲器相比，這些位點無需使用柵極電介質即可保留電荷。結合層狀結構，具有電荷俘獲位點的表面層有助於在下面InSe層中進行連續的靜電摻雜。範德華柵控效應進一步由俘獲電荷誘導的核心能級偏移和分別從原位掃描X射線光電子能譜和開爾文探針顯微鏡獲得的相對功函數變化所支持。
  • 清華大學教授談碳納米管的觸控螢幕應用
    由於碳納米管各種優異性質，其應用前景非常廣闊，可用來製作觸控螢幕、單電子電晶體、場效應電晶體、原子力顯微鏡針尖、場發射電子槍、氣體傳感器、納米模板等。    清華大學範守善教授，從上世紀90年代起一直致力於碳納米材料的研究，並且在國際上處於領先的地位。近日，本報特採訪了清華大學納米中心主任範守善教授。本期將為您介紹碳納米管在觸控螢幕方面的一些應用。
  • ACS Applied Materials & Interfaces: 基於蛭石合成多孔矽/碳複合納米片作為鋰離子電池陽極
    （研究者：同濟大學物理科學與工程學院特種人工微結構材料與技術上海重點實驗室HUANG Xi等） 矽納米片因其高比容量
  • 天奈科技:掘金碳納米管新藍海
    公司掌握的碳納米管制備技術已經被國際知名化工企業SABIC 公司認可，公司通過技術授權的方式授予 SABIC 公司使用相關技術並收取技術授權費。此外，公司是碳納米管導電漿料等兩項國內行業標準的起草單位，同時天奈科技作為中國代表主導制定的碳納米管導電漿料國際標準(ISO/TS 19808)也即將公示。
  • 西南石油大學《Adv.Mater.Interfaces》:同軸電纜狀碳納米管基有源...
    作為一種贗電容材料可以有效地提高碳材料的電容。Interfaces》期刊發表名為「Coaxial Cable‐Like Carbon Nanotubes‐Based Active Fibers for Highly Capacitive and Stable Supercapacitor」研究合成了基於同軸電纜的碳納米管（CNTs）有源纖維，以實現高電容性和穩定的超級電容器。
  • ACS Appl. Mater. Interfaces:無損原子層蝕刻-製備清潔二維器件的新平臺
    通過使用全面的材料，光學和電學表徵，證明了ALE處理過的層質量可與相似厚度的原始層相媲美。ALE處理的WSe2層保留了優異的光致發光特性，並具有515 cm2/V·s的高室溫空穴遷移率，這對於製備高性能2D器件至關重要。此外，使用石墨烯作為測試平臺，演示了超潔淨2D器件的製備，其中使用ALE處理的犧牲性單層WSe2（SWAP）保護溝道。