碳纳米管森林为可穿戴电子设备制造高度可伸

2020-07-31 11:07:45 来源: 连云港信息港

碳纳米管森林为可穿戴电子设备制造高度可伸缩超级电容

新兴的可穿戴设备想有所突破,就必须改进电源系统。sciencedaily.com网站5月2日报道,美国密歇根州立大学的研究人员利用褶皱化的“碳纳米管森林”提供了可能的解决方案。密大软机械与电子实验室主任Changyong Cao等在《先进能源材料》(Advanced Energy Materials)发文称,他们为可穿戴电子设备制造了高度可伸缩的超级电容器。新超级电容器即使被拉伸至原始尺寸的近8倍,并历经数千次拉伸/恢复循环,也能保持良好的性能。该成果有望促进可伸缩电子系统、可植入生物医学设备和智能包装系统的发展。Cao说:“新超级电容器成功的关键在于,利用创新的方法将垂直排列的碳纳米管阵列‘褶皱化’。较之于严格控制的平面膜形态,三维互连的‘碳纳米管森林’可以更好地保持良好的导电性和稳定性。”

iwatch是普及程度的可穿戴设备之一。除计时等功能外,它还能与智能手机进行通信。在这个例子中就已经有两项技术需要电池的支持了。再试想一下,烧伤患者使用的智能皮肤贴片,不仅可以自己供电,还能监测伤口愈合情况,这将是多么一举两得的事情。Cao等的发明正是为此服务的。

对医疗领域而言,理想的可穿戴电子产品必须能够任意弯折,并适应复杂的、非均匀表面。在未来,研究人员还希望它们能集成到生物组织或器官中,以检测疾病和检测康复情况等。然而,可穿戴设备使用的电源却成为了闹心的问题。传统电池组非常笨重、会发热,还需要反复充电。这显然是不符合研究人员预期的。

Cao首次尝试将“褶皱化”的直型碳纳米管用于可伸缩设备的储能系统。这些碳纳米管像树冠一样相互缠绕,形成碳纳米管森林。三维互连模式下的碳纳米管森林具有更高的表面积,很方便用纳米颗粒进行修饰或进行其他改进。Cao说:“这是碳纳米管应用设计上的突破。我们开发的‘碳纳米管森林’即使沿着每个方向拉伸300%,它仍然能有效导电。”

就能量收集和存储能力而言,Cao等设计的碳纳米管森林超级电容器的性能已经优于现有大多数碳纳米管基超级电容器。值得关注的是,这种超级电容器仍然有很广阔的改进空间。例如,浸渍金属氧化物纳米颗粒可显著提高新超级电容器的效率。

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