柔性便携设备是当今电子器件的主流发展方向,弹性是其必不可少的特性之一。有弹性的电子器件,如电化学超级电容器、锂离子电池、有机太阳能电池、有机发光二极管、场效应晶体管等已被广泛研究。但是这些器件都是在传统的平面状基底上实现的,这在很大程度上阻碍了此类器件的发展。便携式应用设备必须具有质量轻、体积小、效率高等特点,还得具有一定的弹性。同时具备以上特性是极具挑战性的,因此迫切需要在相关领域开展突破性研究。
近年来有许多制备线状微型器件的尝试,比如线状超级电容器,通常是将两根包裹有电解液的电极缠绕制成,也有一些关于同轴结构线状超级电容器的成功经验。与平面状结构相比,线状结构具有质轻和可编织的优势。通常,同轴结构和缠绕结构的超级电容器在弯曲的条件下依然具有优异性能,但是它们没有弹性,而弹性在许多应用中至关重要。比如实际应用的电子纺织器件,如果不具有弹性则易断裂和破损。迄今为止,尚未有关于可拉伸高性能线状超级电容器的研究,这主要是受到电极材料的限制。
最近,复旦大学高分子系彭慧胜教授课题组设计了一种旋转平移法,可有效地结合高分子的弹性及碳纳米管的优异电学和机械性能,首次成功制备出可拉伸的线状超级电容器,这种电容器可弯曲、折叠和拉伸,且在拉伸75%的情况下能100%保持电容器的各项性能。这种线状电容器可进一步编织成各种形状的织物,并可集成于各种微型电子器件上,从而满足未来对于微型能源的需求。
该项研究工作以博士生仰志斌为第一作者的相关论文发表在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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