- 超折疊導(dǎo)電碳材料研究獲進(jìn)展
- 發(fā)布日期：2021-10-21
10月18日，從同濟(jì)大學(xué)化學(xué)科學(xué)與工程學(xué)院傳出消息，該院吳慶生教授領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)出一種超折疊導(dǎo)電碳材料(SFCM)，可承受100萬次乃至無限次的180°真折疊，有望應(yīng)用于可折疊手機(jī)等柔性電子設(shè)備。
現(xiàn)在市面上的可折疊手機(jī)，實(shí)際上只是利用了一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，無法進(jìn)行任意折疊。想要實(shí)現(xiàn)真正的可折疊，超折疊導(dǎo)電材料無疑是其中最為關(guān)鍵的一環(huán)。
為此，該研究團(tuán)隊(duì)首先基于化學(xué)鍵理論建立了本征導(dǎo)電材料不可折原理，實(shí)現(xiàn)了折疊理論上的突破，還澄清了一直以來人們在這方面的模糊認(rèn)識(shí)，為超折疊導(dǎo)電材料的設(shè)計(jì)制備掃清了障礙。在此基礎(chǔ)上，他們應(yīng)用超材料設(shè)計(jì)思想和仿生設(shè)計(jì)思路，使用改進(jìn)的靜電紡絲/梯度碳化技術(shù)，首次制備出無損超折疊的纖維網(wǎng)絡(luò)碳，實(shí)現(xiàn)了材料上的突破。他們制備的這種超折疊導(dǎo)電碳材料可承受100萬次乃至無限次180°真折疊，而無任何微結(jié)構(gòu)損傷和導(dǎo)電率變化。
“我們創(chuàng)制導(dǎo)電柔性超材料的靈感來源于一次參觀蠶廠的機(jī)會(huì)。”吳慶生介紹，家蠶吐絲、做繭、繅絲等一系列過程能夠獲得具有超柔性的熟蠶繭。它不僅能夠無限的超折疊，而且能夠形成ε折疊結(jié)構(gòu)。這些都為超折疊導(dǎo)電材料的制備提供了正確的設(shè)計(jì)思想與合理的設(shè)計(jì)路線。
“隨后，研究團(tuán)隊(duì)使用仿生的高分子靜電紡絲來模仿家蠶的噴絲作繭過程和類似的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步通過梯度升溫原位碳化模仿繅絲過程，最終實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)電超折疊材料的制備。”同濟(jì)大學(xué)特聘研究員吳彤介紹說。
他們還通過自主設(shè)計(jì)的掃描電鏡(SEM)微觀動(dòng)態(tài)觀察系統(tǒng)，首次揭示了它的超折疊機(jī)理。“在實(shí)時(shí)觀察中，我們發(fā)現(xiàn)它在折疊過程中通過多種結(jié)構(gòu)形變最終形成ε結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了全面的應(yīng)力分散作用。”同濟(jì)大學(xué)助理研究員昝廣濤博士介紹道。
“該項(xiàng)研究不僅實(shí)現(xiàn)了可折疊材料及其性能的突破，還揭示了折疊過程中的應(yīng)力分散機(jī)制，為柔性電子器件中折疊相關(guān)的瓶頸問題提供了解決方案。”吳慶生表示，下一步，他們將把這套理論和方法拓展到更多更廣的超折疊材料和設(shè)備中去，讓可折疊手機(jī)等柔性電子設(shè)備變得收放自如，讓可穿戴器件可以自由活動(dòng)、隨意洗藏，讓折紙式手機(jī)、電腦一體化早日實(shí)現(xiàn)。
