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上海硅酸盐所:章鱼状碳纳米材料,用于可穿戴电子产品

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成果简介

一维导电纳米线是高效渗透网络的理想组件,可用于构建可穿戴电子产品中的高导电可拉伸弹性体。由于导电纳米线和弹性体基质之间的界面应力集中,渗流网络经常遇到高导电性和高拉伸性(“双高”)之间的权衡。本文,上海硅酸盐所黄富强研究员团队等在《Carbon》期刊发表名为“Octopus-like carbon nanomaterial for double high stretchable conductor”的论文,研究受章鱼结构的启发,提出了一种铆接在碳球上的碳纳米管(CNTs-CS)的分层碳纳米结构,以综合结合高导电性和高拉伸性。

作为“章鱼体”,碳球锚定在弹性体基质中,使拉伸应力分布均匀。作为“章鱼脚”,高导电性碳纳米管在拉伸应变下保持稳健的连接状态,确保了高效渗透网络的产生。可拉伸导体(Dragonskin 中的 CNTs-CS)表现出良好的导电性(1.7×104 Sm-1 )、拉伸性(>550%)和机械稳定性(>5000次循环)。可拉伸导体已成功组装在许多可拉伸电子设备中,包括基于 LED 的照明系统在各种变形下没有明显的亮度变化,以及在检测人体体征方面表现出优异传感性能的应变传感器。这种独特的设计策略揭示了可穿戴电子产品的巨大应用前景。

图文导读

图1。用于可拉伸导体的 CNTs-CS 纳米材料的示意图和微观结构表征。

图2。CNTs-CS/Dragonskin 可拉伸导体的机电性能

图3。CNTs-CS/Dragonskin 可拉伸导体的机理分析与模拟

图4。CNTs-CS/Dragonskin可拉伸导体的应用演示

小结

综上所述,通过将水热反应与进一步的CVD生长相结合的两步策略合成了一种多维章鱼状纳米结构碳,该碳由原位铆接在碳球上的碳纳米管组成。这种材料被用作高效的渗透网络,以克服“双高”挑战(高导电性和高拉伸性)。这种优异的材料成功应用于基于 LED 的照明系统,在各种变形下亮度没有明显变化,应变传感器在检测人体体征方面表现出优异的传感性能。这种类似章鱼的多维碳材料在可穿戴电子产品上显示出巨大的潜力。

文献:

https://doi.org/10.1016/j.carbon.2022.08.023

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