纳米碳材料在可穿戴柔性导电材料中的应用研究进展
基于碳纳米管及其复合材料的柔性应变传感器研究进展
基于碳纳米管及其复合材料的柔性应变传感器研究进展目录一、内容概述 (2)二、碳纳米管及复合材料的概述 (2)1. 碳纳米管的基本性质 (3)2. 碳纳米管复合材料的制备 (4)3. 碳纳米管及其复合材料的应用领域 (5)三、柔性应变传感器的原理及发展现状 (6)1. 柔性应变传感器的基本原理 (8)2. 柔性应变传感器的发展现状 (9)四、基于碳纳米管及其复合材料的柔性应变传感器研究进展 (10)1. 碳纳米管柔性应变传感器的研究现状 (11)（1）制备工艺研究 (13)（2）性能研究 (14)2. 碳纳米管复合材料柔性应变传感器的研究进展 (15)（1）复合材料的类型及性能特点 (17)（2）传感器的制备工艺优化 (18)（3）应用研究及成果展示 (18)五、面临的挑战与展望 (20)1. 目前研究面临的挑战分析 (21)2. 未来发展趋势及展望分析 (22)一、内容概述柔性应变传感器作为一种新型的传感器技术，具有结构简单、响应速度快、灵敏度高、抗干扰能力强等优点，在工程测量、生物医学、环境监测等领域具有广泛的应用前景。
基于碳纳米管及其复合材料的柔性应变传感器研究取得了显著的进展。
本文将对这一领域的研究现状进行梳理，重点关注碳纳米管及其复合材料在柔性应变传感器中的基础研究、制备方法、性能优化以及应用实例等方面的最新进展。
通过对国内外相关研究成果的分析和对比，总结了目前该领域的主要研究方向和发展趋势，为进一步推动柔性应变传感器的研究与应用提供参考依据。
二、碳纳米管及复合材料的概述碳纳米管（Carbon Nanotubes，CNTs）是一种具有独特结构和优异性能的一维纳米材料。
由于其高导电性、高热导率、高机械强度以及良好的化学稳定性，CNTs在电子、传感器、复合材料等领域得到了广泛的应用。
基于碳纳米管的柔性应变传感器因其高灵敏度、良好的机械柔韧性和稳定性受到了研究者们的广泛关注。
随着科技的进步，单一的碳纳米管在某些应用场景中可能难以满足复杂多变的需求，于是人们通过一定的工艺和技术，将碳纳米管与其他材料相结合，形成复合材料。
纳米材料在柔性电子技术中的应用研究
纳米材料在柔性电子技术中的应用研究柔性电子技术作为一种新兴的科技领域，正逐渐改变着人们的生活方式和工作环境。
以纳米材料为代表的先进材料技术的发展，为柔性电子技术的应用提供了广阔的空间和巨大的潜力。
本文将探讨纳米材料在柔性电子技术中的应用研究，并分析其在电子器件、能源存储和生物医学领域的重要作用。
一、纳米材料在电子器件中的应用在电子器件领域，纳米材料的应用主要表现在以下几个方面：1. 透明导电薄膜纳米银材料的高导电性和优良的透明性使其成为制备柔性触摸屏、柔性显示屏等器件的理想候选材料。
纳米银材料通过溶液法或真空蒸发法在柔性基底上制备出透明导电膜，具有高导电性和柔性可塑性，可以适应各种复杂形状的器件需求。
2. 纳米半导体材料纳米半导体材料如纳米硅、纳米钙钛矿等在柔性电子器件中具有广泛应用前景。
这些纳米材料可以通过溶液法或者纳米印刷技术制备成薄膜，用于制备柔性太阳能电池、柔性传感器等器件。
相比传统硅材料，纳米硅材料具有较高的能量转换效率和较低的制备成本，对于柔性电子领域的推动具有重要意义。
3. 纳米金属氧化物材料纳米金属氧化物材料如二氧化钛、氧化锌等具有较高的光催化活性，在柔性电子器件中用于光催化分解有机物、环境净化等方面具有潜在应用。
此外，金属氧化物材料还可以用于传感器、可穿戴设备等柔性传感器器件的制备，具有较高的灵敏度和快速反应速度。
二、纳米材料在能源存储中的应用能源存储领域是另一个纳米材料的重要应用方向。
纳米材料的特殊性质和结构使其在能量储存和转换方面具有独特的优势。
1. 纳米碳材料纳米碳材料如石墨烯、碳纳米管等在能源存储中有着广泛的应用。
石墨烯作为一种单层碳原子构成的二维材料，具有极高的电导率和表面积，可用于超级电容器的制备。
碳纳米管则可以用于锂离子电池的电极材料，具有高电导率和较高的比表面积，提高了电池的容量和充放电速度。
2. 纳米金属材料纳米金属材料如纳米镍、纳米铁等在储能技术中发挥着重要作用。
新一代柔性电子技术的最新研究进展
新一代柔性电子技术的最新研究进展柔性电子技术是指利用柔性基底材料制造的电子器件和系统，具有可弯曲、可拉伸、可卷曲的特点。
它在智能电子设备、可穿戴设备、传感器和医疗器械等领域具有广泛的应用前景。
近年来，新一代柔性电子技术取得了许多重要的研究进展，本文将对其中的几个方面进行详细介绍。
首先，新一代柔性电子技术在柔性基底材料方面取得了突破。
传统的柔性电子器件主要以塑料基底为主，但这种基底在柔性度和稳定性方面存在差距。
最近，研究人员开发出一种新型基底材料，纳米纸。
纳米纸具有高透明度、高柔韧性和优良的机械强度，可以成为柔性电子器件的理想基底。
此外，还有研究人员采用突破性的碳纳米管材料作为柔性电子器件的基底，具有优异的电子性能和机械强度。
其次，新一代柔性电子技术在柔性电子器件制备方面取得了重要进展。
传统的柔性电子器件制备过程中需要采用复杂的真空技术和高温加工，限制了器件的大规模生产和低成本制造。
为了克服这一难题，研究人员开发了一种新型的印刷技术，印刷柔性电子技术。
这种技术可以实现低温、大面积、高效率的印刷制备柔性电子器件，显著降低了制造成本，并具有良好的可扩展性。
第三，新一代柔性电子技术在电子材料方面取得了重要突破。
传统的柔性电子器件主要采用有机材料作为主要活性层，其电子迁移率较低，限制了器件的性能和应用范围。
最近，研究人员成功地开发了一种新型的有机材料，共轭聚合物。
这种材料具有优异的电子传导性能和光学性能，可以用于制备高性能柔性电子器件。
此外，还有研究人员利用无机材料如钙钛矿材料制备柔性电子器件，在光电转换效率和稳定性方面表现出色。
最后，新一代柔性电子技术在应用领域方面取得了重要突破。
除了传统的可穿戴设备和智能手机，柔性电子技术在医疗器械、能源存储、柔性显示和传感器等领域也得到了广泛的应用。
例如，研究人员开发了柔性电子皮肤传感器，可以实时监测身体健康状态；柔性太阳能电池可以嵌入到纺织品中，实现智能纺织品的制备；柔性显示器可以实现可弯曲和可卷曲的显示设备。
2023年碳纳米管导电剂行业市场研究报告
2023年碳纳米管导电剂行业市场研究报告碳纳米管是一种具有优异电性和导热性能的纳米材料。
由于其理想的导电和导热性能，碳纳米管被广泛应用于多个领域，包括电子器件、能源存储和传输、传感器和生物医学等。
因此，碳纳米管导电剂行业市场前景广阔，市场规模和需求不断增长。
一、市场规模和发展趋势碳纳米管导电剂市场规模不断扩大。
碳纳米管导电剂在电子器件领域中具有重要应用，如薄膜太阳能电池、柔性显示器和智能手机等。
随着电子产品需求的增加和技术进步，碳纳米管导电剂市场将继续扩大。
碳纳米管导电剂正在逐渐取代传统的导电剂。
传统的导电剂如铜和银等在导电性能方面具有优势，但存在成本高、重量大、易氧化等问题。
碳纳米管导电剂具有较低的成本、轻量化和抗氧化等优点，因此被广泛研究和应用。
碳纳米管导电剂在能源领域具有广阔的应用前景。
碳纳米管是一种优良的导电材料，可以提高能源的传输效率和存储能力。
碳纳米管导电剂被用于锂电池、超级电导体和太阳能电池等领域，为能源领域的发展提供了新的机遇。
二、市场竞争和关键企业碳纳米管导电剂行业竞争激烈。
目前，市场上存在众多的碳纳米管导电剂生产企业，这些企业在技术创新、产品质量、成本控制和市场推广等方面展开竞争。
全球碳纳米管导电剂市场的领导者是美国的南方纳米材料公司和韩国的海基贸易公司。
这些公司在碳纳米管制备技术、产品质量和市场份额方面具有优势，并拥有稳定的客户群体。
国内碳纳米管导电剂行业的领军企业是美光科技和中科纳管。
这些企业在碳纳米管技术研发、产品创新和市场推广方面表现出色，并积极开展国内外市场拓展工作。
三、市场机遇和发展趋势碳纳米管导电剂市场存在巨大机遇。
随着电子产品的普及和科技进步的推动，碳纳米管导电剂市场将迎来更多的机遇。
特别是在柔性电子产品、智能穿戴设备和可穿戴技术等领域，碳纳米管导电剂有着广阔的应用前景。
碳纳米管导电剂市场发展需面临一些挑战。
首先，碳纳米管的制备技术存在一定的难度，需要进一步加强研究和开发。
材料学中的柔性可穿戴电子技术
材料学中的柔性可穿戴电子技术柔性可穿戴电子技术是近年来兴起的一项技术，其在医疗、健康、娱乐等领域都有着广泛的应用。
而材料学是这项技术的基础，为其提供了重要的支持。
一、柔性可穿戴电子技术的定义柔性可穿戴电子技术是一种将电子元器件集成到柔性基材中，使其可以弯曲和拉伸，从而能够穿戴在裤子、衣服或皮肤上的技术。
其最大特点是可以适应人体运动和变形，使得电子设备更加贴合人体，从而提高了人体舒适度和健康程度。
二、柔性可穿戴电子技术的应用柔性可穿戴电子技术在医疗、健康、娱乐等领域都有着广泛的应用。
以医疗领域为例，柔性可穿戴电子设备可以监测患者的生命体征，如心率、血压、体温等，以及记录患者的睡眠、饮食等生活习惯，从而为医生的诊疗提供更加准确的依据。
同时，在健康领域，人们可以通过穿戴可穿戴电子设备来实现锻炼监测、身体健康管理等功能，从而改善自身健康水平。
此外，在娱乐领域，柔性可穿戴电子设备可以提供更加安全舒适的游戏体验和拍摄体验，并且可以极大地拓展虚拟现实技术的应用范围。
三、材料学对柔性可穿戴电子技术的贡献在柔性可穿戴电子技术中，材料学是其中最基础和核心的学科之一。
因为只有通过材料的设计和制造，才能够实现弯曲和拉伸，从而实现柔性可穿戴电子设备的制造。
材料学在柔性可穿戴电子技术中的贡献主要有以下几个方面：1、硅基材料的应用硅是一种常见的半导体材料，在电子学中有着广泛的应用。
而在柔性可穿戴电子技术中，硅可以制成类似纳米线和薄膜的形态，从而实现半导体材料在弯曲和拉伸状态下的应用。
这些硅基材料可以被制作成可穿戴的传感器，用于监测人体健康状况。
2、聚合物材料的应用聚合物是一种可以弯曲和拉伸的材料，因此在柔性可穿戴电子设备中有着广泛的应用。
聚合物可以制作成细丝、薄膜等形状，可以用于柔性电子器件的电极、隔离层等用途。
此外，聚合物还可以被用于制造智能物料等领域。
3、碳基材料的应用碳基材料是近年来新兴的研究热点，具有超强的柔性和韧性，因此在柔性可穿戴电子技术中得到了广泛的应用。
纳米科技在柔性电子封装中的应用技巧与要点
纳米科技在柔性电子封装中的应用技巧与要点柔性电子技术是一种将电子器件集成到柔性基底上的新型技术，具有重量轻、柔性度高、耐久性好等特点，因此在医疗、电子皮肤、可穿戴设备等领域具有广泛的应用前景。
而纳米科技作为一项重要的战略性新兴技术，可为柔性电子封装提供许多关键的技巧和要点。
本文将介绍纳米科技在柔性电子封装中的应用技巧与要点。
首先，纳米材料的应用是柔性电子封装中的一个重要技巧。
纳米材料具有独特的物理、化学和电子特性，例如高比表面积、优异的导电性和柔性性能等。
因此，纳米材料可用于增加封装材料的导电性能、提高材料的力学强度、增加材料的韧性等。
例如，纳米碳管和石墨烯可以增强柔性材料的导电性和强度，纳米氧化锌和纳米二氧化钛可以增加材料的抗紫外线性能。
因此，在柔性电子封装中，选择合适的纳米材料可以有效提高封装材料的性能和稳定性。
其次，纳米颗粒的应用是柔性电子封装中的另一个关键技巧。
纳米颗粒具有小尺寸效应和表面效应，具有良好的抗氧化性能和界面相容性。
因此，通过控制纳米颗粒的形状、尺寸和表面修饰，可以实现柔性电子器件的高精度、高效率的封装。
例如，将纳米颗粒添加到封装胶水中，可以提高胶水的可伸缩性和抗裂性，从而提高封装层的可靠性和耐久性。
此外，纳米颗粒还可以用作封装层的增强剂，可以增加材料的刚性、强度和耐磨性。
再次，纳米表面修饰技术是柔性电子封装中的一项重要要点。
通过在纳米颗粒表面修饰上引入功能性基团，可以改变纳米颗粒的化学性质和表面性能，从而实现柔性电子器件封装层的优化。
例如，通过在纳米颗粒表面引入亲水性基团，可以在封装材料中形成更好的界面相容性，提高器件的可靠性和稳定性。
另外，通过在纳米颗粒表面引入特定的识别基团，可以实现对特定物质的检测和识别，从而扩展柔性电子封装的应用领域。
最后，纳米制造技术在柔性电子封装中也具有重要的应用价值。
纳米制造技术包括纳米印刷、纳米光刻、纳米涂覆等技术，可以实现尺寸小、精度高的封装结构制备。
纳米材料在柔性电子技术中的应用前景
纳米材料在柔性电子技术中的应用前景柔性电子技术是一项快速发展的领域，通过利用柔性材料和可弯曲的电子组件，实现了可弯曲、可折叠和可拉伸等特性的电子设备。
随着纳米材料的出现和发展，它们正在成为柔性电子技术中的重要组成部分。
本文将探讨纳米材料在柔性电子技术中的应用前景。
一、纳米材料的定义和特点纳米材料是指尺寸在纳米尺度范围内的材料，其特点是具有特殊的物理、化学和生物学性质。
比如，纳米颗粒具有较大的比表面积和尺寸量子效应，纳米线具有高导电性和机械柔韧性等。
这些特点赋予纳米材料在柔性电子技术中广阔的应用前景。
二、纳米材料在柔性电子技术中的应用1. 柔性导电材料纳米材料具有优异的导电性能，可以应用于柔性导电材料领域。
例如，碳纳米管和金属纳米线可以用于制备柔性电极，用于替代传统刚性电极。
此外，二维材料如石墨烯也具有良好的导电性能，可用于制备柔性电子元件。
2. 柔性传感器纳米材料的高比表面积和尺寸量子效应使其在传感器领域具有巨大潜力。
纳米材料可以制备出高灵敏度的传感器，例如，纳米颗粒可以用于制备柔性压力传感器，纳米线可以用于制备柔性应变传感器。
这些柔性传感器可以广泛应用于人体健康监测、智能穿戴设备等领域。
3. 柔性能源器件纳米材料的特殊性质也使其具备在柔性能源器件中的应用潜力。
比如，纳米材料可以应用于柔性太阳能电池、柔性锂电池和柔性超级电容器等器件的制备。
纳米材料的高导电性和高比表面积可以提高器件的能量转换效率和储能性能。
4. 柔性显示技术纳米材料在柔性显示技术中的应用也备受关注。
例如，纳米颗粒可以用于制备可弯曲的发光二极管(LED)，纳米线可以用于制备柔性纳米线显示器。
这些柔性显示器件具有高度可曲性和柔韧性，适用于弯曲表面和可穿戴设备。
5. 柔性生物传感器纳米材料在柔性生物传感器中的应用也具有巨大潜力。
纳米材料可以制备出高灵敏度、高选择性和柔性可穿戴的生物传感器，用于监测人体健康和诊断疾病。
纳米材料的生物相容性和生物活性还可以用于药物释放系统的制备。
柔性电子材料的研究与发展
柔性电子材料的研究与发展随着科技的进步和需求的增加，柔性电子技术在我们的生活中扮演着越来越重要的角色。
而柔性电子材料作为支撑这一技术发展的基础，也受到了广泛的关注和研究。
一、柔性电子材料的定义和分类柔性电子材料是指具有柔性、可弯曲、可拉伸的特性，能够适应各种复杂形状和环境的材料。
它通常由聚合物、纳米材料、碳纤维等组成。
根据其应用领域的不同，柔性电子材料可以分为多个类别。
1. 柔性显示材料柔性显示材料是柔性电子技术的核心之一，它能够在薄膜上显示出各种图像和文字。
这些材料通常具有高透明度、高可靠性和较长的使用寿命。
典型的应用包括柔性显示器、可穿戴设备和智能手机等。
2. 柔性传感器材料柔性传感器材料是一种能够感知外部环境并将信号转化为电信号的材料。
它的重要性在于能够使电子设备更加智能化和灵活化。
柔性传感器材料广泛应用于智能健康监测、环境监测和人机交互等领域。
3. 柔性能量材料柔性能量材料是指能够存储和释放能量的材料。
它可以用于制造柔性电池、柔性太阳能电池和无线充电设备等。
由于其重量轻、体积小和可弯曲性的特点，柔性能量材料在便携式电子产品和无线传感技术中有着广泛的应用前景。
4. 柔性封装材料柔性封装材料是用于保护和隔离电子器件的材料。
它能够提供对抗湿气、氧气和微生物等外界环境的侵害。
柔性封装材料可以使电子器件具有更高的可靠性和更长的寿命。
它被广泛应用于柔性显示器、智能卡和电子标签等领域。
二、柔性电子材料的研究进展随着柔性电子技术的不断发展，相关的材料研究也取得了许多进展。
1. 新材料的开发研究人员不断探索新的柔性电子材料，以满足高性能、高可靠性和低成本的需求。
例如，石墨烯、碳纳米管和有机-无机复合材料等具有优异电子性能和柔性性能的新材料被广泛研究和应用。
2. 结构设计的创新结构设计是提高柔性电子材料性能的关键。
研究人员通过设计多层结构、纳米结构和柔性/可伸缩结构等，实现了材料的高灵敏度、高稳定性和高可靠性。
碳纳米管导电浆料用途
碳纳米管导电浆料用途碳纳米管导电浆料是一种具有广泛用途的高性能材料，其在许多领域都有着重要的应用。
本文将重点介绍碳纳米管导电浆料的用途，并探讨其在电子、能源和医疗领域的应用前景。
碳纳米管导电浆料在电子领域有着重要的应用。
由于碳纳米管具有优异的导电性能和机械强度，可以用于制备高性能的导电材料。
例如，碳纳米管导电浆料可以用于制备柔性显示器、触摸屏和导电墨水等。
此外，碳纳米管导电浆料还可以用于制备柔性电子元件，如柔性电池、柔性传感器和可穿戴设备。
这些应用都可以充分发挥碳纳米管导电浆料的导电性能和柔性特点。
碳纳米管导电浆料在能源领域也有着广泛的应用前景。
碳纳米管导电浆料可以用于制备高性能的电极材料，如超级电容器电极和锂离子电池电极。
由于碳纳米管具有大比表面积和优异的电化学性能，可以提高电极的能量密度和循环寿命。
此外，碳纳米管导电浆料还可以用于制备高效的催化剂载体，如燃料电池催化剂和水分解催化剂。
这些应用可以有效提高能源转换效率和催化反应活性。
碳纳米管导电浆料在医疗领域也有着广泛的应用潜力。
碳纳米管导电浆料可以用于制备生物传感器和药物传递系统。
由于碳纳米管具有良好的生物相容性和高载药能力，可以实现对生物分子的高灵敏检测和精确控制的药物释放。
此外，碳纳米管导电浆料还可以用于修复和再生组织工程，如神经组织修复和骨组织再生。
这些应用都可以为医疗诊断和治疗提供新的方法和技术。
碳纳米管导电浆料具有广泛的应用前景，在电子、能源和医疗领域都有着重要的应用。
随着相关技术的不断发展和深入研究，相信碳纳米管导电浆料将在未来发挥更大的作用，为各个领域的发展带来新的突破和创新。
面料导电性能研究及应用探索
面料导电性能研究及应用探索引言导电材料广泛应用于电子设备和电力传输中，但传统的导电材料通常是冰冷而坚硬的金属。
随着电子产品的不断发展，人们对于更柔软、舒适的导电材料的需求也日益增加。
研究人员开始关注面料导电性能的研究，以探索其应用潜力和可能的途径。
本文将对面料导电性能的研究和应用进行探索和分析。
面料导电性能的研究方法1. 电导率测量方法为了研究面料的导电性能，研究人员需要测量其电导率。
目前，常用的测量方法包括四探针法、二探针法和宏观测量法。
四探针法是一种精确测量电导率的方法，它通过使用四个探针来测量电流和电压，从而计算出电导率。
这种方法通常用于导电性能要求较高的面料。
二探针法是一种简单实用的测量方法，它使用两个探针来测量电流和电压，并通过欧姆定律计算出电导率。
这种方法适用于导电性能要求不高的面料。
宏观测量法是一种在大范围内进行电导率测量的方法，它通过测量电阻值和导线长度来计算电导率。
这种方法适用于较大尺寸的样品。
2. 材料表面涂层方法另一种研究面料导电性能的方法是通过在面料表面涂层导电材料。
涂层方法可以改变面料的导电行为，使其具有导电性能。
常见的表面涂层方法包括化学气相沉积(CVD)、溅射法、浸渍法等。
CVD是一种常用的涂层技术，它通过在材料表面生成薄膜来增强其导电性能。
这种方法可以在面料的纤维之间形成导电层，优化导电性能。
溅射法是一种将金属离子溅射到面料表面的方法，以形成导电层。
这种方法可以在保持面料柔软和透气性的同时增加其导电性能。
浸渍法是一种将导电溶液浸渍到面料中的方法，以改善其导电性能。
这种方法适用于较厚的面料，可以在较短时间内实现导电。
3. 纳米材料应用纳米材料是一种具有特殊导电性能的材料，近年来被广泛研究应用于面料导电性能的提升。
常见的纳米材料包括碳纳米管、石墨烯等。
碳纳米管是一种具有优异导电性能的纳米材料，可以与面料纤维结合，形成导电纺丝。
这种方法可以在面料中形成导电通道，提高导电性能。
柔性可穿戴传感器的研究进展
01 一、引言
目录
02 二、研究现状
03 三、技术创新
04 四、应用前景
05 参考内容
随着科技的快速发展，柔性可穿戴传感器作为一种新型的智能感知设备，越 来越受到人们的。本次演示将介绍柔性可穿戴传感器的研究进展，包括基本原理、 应用领域、技术创新和未来发展方向等方面。
一、引言
1、医疗健康领域的应用
在医疗健康领域，柔性可穿戴传感器具有广泛的应用前景。例如，可以将其 应用于监测人体的生理参数（如心率、血压、血氧饱和度等）以及睡眠质量等。 此外，还可以将其应用于老年人的健康管理和慢性病患者的监测等方面。通过实 时监测患者的生理参数和运动状态等信息，可以帮助医生更好地评估患者的病情 和制定相应的治疗方案。同时，也可以通过监测患者的睡眠质量等信息来评估其 心理健康状况，为心理疾病的治疗提供帮助。
2、传感器的应用领域和市场需 求
柔性可穿戴传感器可以应用于医疗健康、运动健身、智慧城市等多个领域。 在医疗健康领域，它可以监测人体的生理参数（如心率、血压、血氧饱和度等）、 睡眠质量等；在运动健身领域，它可以监测人体的运动状态（如步数、速度、姿 势等）、消耗的能量等；在智慧城市领域，它可以监测环境参数（如温度、湿度、 CO2浓度等）以及智能家居等方面。随着人们对健康管理和生活质量的要求不断 提高，柔性可穿戴传感器的市场需求也在不断增长。
在具体设计上，一种常见的方法是采用“弹簧天线”的设计。这种天线由几 个相互连接的弹簧结构组成，每个弹簧结构都能独立地拉伸和收缩，从而适应各 种人体姿势和运动。此外，一些研究人员还尝试利用人体的肌肉运动或血管作为 天线的一部分，以实现天线的可拉伸性和生物相容性。
在实验测试方面，已经有一些研究表明，柔性可拉伸天线可以在各种运动和 人体姿势下保持良好的通信性能。例如，一项研究表明，使用这种天线的NFC可 穿戴传感器可以在人体进行跑步、伸展等运动时准确监测心率和呼吸等生理参数。
柔性导电材料在智能穿戴设备中的应用
柔性导电材料在智能穿戴设备中的应用随着科学技术的不断发展，智能穿戴设备已经成为我们日常生活中不可或缺的一部分。
而作为智能穿戴设备的重要组成部分，柔性导电材料也逐渐引起了人们的广泛关注。
本文将探讨柔性导电材料在智能穿戴设备中的应用。
一、柔性导电材料概述柔性导电材料，顾名思义，是一种能够在弯曲、拉伸等变形条件下依然保持电导性能的材料。
相比传统的硬性导电材料，柔性导电材料具有更高的可塑性和适应性，能够适应各种复杂形状和应变环境。
常见的柔性导电材料主要包括碳纳米管、导电聚合物和金属纳米线等。
二、1. 传感器技术柔性导电材料在智能穿戴设备中可应用于各类传感器。
例如，基于柔性导电材料制作的温度传感器，可以用于智能手环中的体温监测，实时检测用户的体温变化，提供健康数据和警示信息。
此外，在心率传感器、血氧传感器等方面的应用也能充分发挥柔性导电材料的优势。
2. 动力系统柔性导电材料可以用于智能穿戴设备的动力系统中。
例如，基于柔性导电材料制作的自发光材料，可以应用于智能手表的背光显示，提供良好的视觉体验。
同时，部分柔性导电材料还具备光电转换的功能，可以将环境光能转化为电能，为智能穿戴设备提供电力支持。
3. 柔性电池随着智能穿戴设备功能的增加，对电池的续航能力提出了更高要求。
柔性导电材料的应用为解决电池薄型化和柔性化提供了新的思路。
利用柔性导电材料制作的柔性电池，可以更好地适应设备的曲面形状和弯折要求，实现更高的能量密度和可靠性。
4. 柔性触控技术柔性导电材料在智能穿戴设备的触控界面中也扮演着重要的角色。
通过将柔性导电材料应用于智能手套、智能纺织品等载体上，可以实现弯曲、触摸、滑动等多种操作方式，并能够与智能穿戴设备进行无线连接，进一步扩展交互界面的灵活性和便捷性。
5. 柔性显示技术柔性导电材料在智能穿戴设备的显示技术方面也具有广泛应用前景。
基于柔性导电材料的柔性显示屏，可以实现可弯曲、可折叠、可卷曲等特性，为智能穿戴设备提供更大的灵活性和便携性。
柔性可穿戴电子器件的材料与工艺研究
柔性可穿戴电子器件的材料与工艺研究近年来，随着科技的不断发展，可穿戴电子器件已经成为人们生活中的重要组成部分。
而其中，柔性可穿戴电子器件凭借其灵活性和舒适度在市场上备受青睐。
然而，要实现柔性的设计和制造，就需要专门的材料与工艺研究。
1. 材料研究柔性可穿戴电子器件的核心是材料。
传统的刚性电子器件使用的是硅基材料，但在可穿戴设备中，这些材料存在不足之处。
因此，研究人员开始寻找新型的柔性材料。
一种常见的材料是聚合物。
聚合物具有轻质、柔韧、耐高温和化学稳定等特性，非常适合用于可穿戴设备。
同时，聚合物还可以通过调整其结构，改变其电学和光学性能，使其更适应各种器件需求。
另外，碳纳米管是另一个被广泛研究的材料。
碳纳米管具有良好的导电性、机械柔韧性和热稳定性，可以用于制造柔性电极、传感器和储能器件等。
除了聚合物和碳纳米管，石墨烯也备受关注。
石墨烯是由单层碳原子组成的材料，具有出色的导电性和机械强度。
它可以用于制造高性能的柔性显示屏、智能衣物等。
2. 工艺研究柔性可穿戴电子器件的制造过程对工艺技术要求极高。
传统的半导体工艺主要针对刚性材料，无法直接应用于柔性材料。
因此，研究人员不断改进工艺流程，以适应柔性器件的制造。
一种常用的制造方法是印刷电子技术。
这种技术利用印刷机械将材料直接印刷在柔性基板上，从而实现快速制造和大规模生产。
印刷电子技术不仅能够降低制造成本，还能减少对环境的污染，因此备受青睐。
除了印刷电子技术，还有一种热转印技术。
这种技术利用热转印纸将电子材料转移到基板上，然后通过热处理进行固化。
相比于其他工艺方法，热转印技术具有高精度和高效率的优势。
同时，纳米制造技术也被广泛应用于柔性器件的制造。
如纳米压印技术，可以通过模板将纳米结构直接压印在柔性基板上，实现高精度的器件制造。
3. 材料与工艺的结合在柔性可穿戴电子器件的研究中，材料与工艺的结合是至关重要的。
只有选择合适的材料，并将其与先进的制造技术相结合，才能实现高性能、高可靠性的柔性器件。
柔性碳基纳米纤维膜的研究进展
柔性碳基纳米纤维膜的研究进展作者：刘伟红林怡雪宋立新熊杰来源：《丝绸》2020年第12期摘要：碳纳米纤维膜具有优良的导电性、热稳定性、低密度和抗化学腐蚀性能，在能源和环境等领域具有广泛的应用。
静电纺丝是一种简单而有效制备纳米纤维膜的技术，柔性碳纳米纤维膜受到越来越多的关注。
然而，静电纺碳纳米纤维膜往往是脆性的，限制了碳纳米纤维膜的应用。
文章综述了靜电纺丝柔性碳纳米纤维膜的研究进展，重点叙述了柔性碳纳米纤维膜的性能和柔性机理，归纳颗粒增韧、相变增韧和封端增韧三种柔性机理，为进一步研究和发展柔性碳纳米纤维膜提供参考依据。
此外，提高碳纳米纤维膜的柔性对于柔性器件和可穿戴纺织品的发展具有重要意义。
关键词：碳纳米纤维膜;柔性;掺杂;增韧机理;应用中图分类号： TS102.527.2;TQ342.74 文献标志码： A 文章编号： 10017003（2020）12000108引用页码： 121101 DOI： 10.3969/j.issn.1001-7003.2020.12.001（篇序）Research progress of flexible carbon based nanofibers filmsLIU Weihong， LIN Yixue， SONG Lixin， XIONG Jie（College of Textile Science and Engineering（International Institute of Silk）， Zhejiang Sci-Tech University， Hangzhou 310018， China）Abstract： Carbon nanofiber membranes have excellent electrical conductivity， thermal stability， low density and chemical corrosion resistance， which are widely used in energy and environment fields. Electrospinning is a simple and effective technology for preparing nanofiber membranes. Flexible carbon nanofiber membranes have attracted more and more attention. However， electrospun carbon nanofiber membranes are often brittle， which limits the application of carbon nanofiber membranes. In this paper， the research progress of electrospun flexible carbon nanofiber membranes is reviewed， and the properties and flexible mechanism of flexible carbon nanofiber membranes are narrated. Besides， three flexible mechanisms， namely particle toughening， phase transformation toughening and end-capping toughening， are summarized to provide reference for further research and development of flexible carbon nanofiber membranes. In addition， improving the flexibility of carbon nanofiber membrane is of great significance to the development of flexible devices and wearable textiles.Key words： carbon nanofiber membrane; flexibility; doping; toughening mechanism; application碳纳米纤维[1]是由多层石墨片卷曲而成的纤维状纳米碳材料，一般具有10～500 nm的直径，长度约0.5～100 μm，是介于碳纳米管和普通碳纤维之间的纤维碳材料。
柔性光电材料的研究与开发
柔性光电材料的研究与开发随着科技的不断进步，人们对电子产品的需求也在不断增加。
然而，传统的硅基电子材料存在着一些限制，比如重量庞大、可塑性差等问题，这限制了电子产品的发展和应用。
因此，柔性光电材料的研究与开发成为了当前热门的议题。
柔性光电材料具有轻薄可折叠、可弯曲、透明等特点，能够适应各种形状和应用需求。
其独特的性能使得它具备了广泛的应用前景，包括可穿戴设备、智能电子标签、拓展显示器等领域。
因此，加强柔性光电材料的研究与开发具有重要意义。
在柔性光电材料的研究方面，许多学者致力于探索新型的材料和制备方法。
一种常见的柔性光电材料是薄膜太阳能电池材料，其由多层材料组成，包括透明导电氧化物薄膜、光敏材料薄膜等。
这些材料可以通过溶液法、蒸发法等多种方法制备。
研究人员还通过改变材料的组分和结构，提高了薄膜太阳能电池的效率和稳定性。
除了薄膜太阳能电池材料，柔性有机电子材料也是研究的热点之一。
有机材料具有很高的柔性和可塑性，可以通过印刷、喷墨等方法制备。
这种材料在电子显示器、传感器等领域有着广泛的应用。
然而，由于有机材料的分子结构较为复杂，其导电性和稳定性较差，需要通过分子结构设计和材料改性来提高其性能。
另外，纳米材料也被广泛应用于柔性光电材料的研究中。
纳米尺寸的材料具有很高的比表面积和量子尺效应，能够显著改善材料的导电性能和光电性能。
例如，碳纳米管是一种优秀的导电材料，其在柔性电子器件中有着广阔的应用前景。
此外，量子点等纳米材料也被应用于柔性显示器件中，使得显示效果更加绚丽。
虽然柔性光电材料的研究已取得了一定的进展，但仍然存在一些挑战。
首先，柔性材料的力学性能和稳定性需要进一步提高，以满足不同应用场景的需求。
其次，制备材料的成本也是一个问题，特别是对于大规模生产来说。
因此，需要寻找更经济、高效的制备方法，以降低成本。
此外，柔性光电材料的环境友好性也是一个需要关注的问题，需要减少材料的有毒有害成分，提高材料的可回收性。
纳米材料在可穿戴电子设备中的应用指南
纳米材料在可穿戴电子设备中的应用指南近年来，可穿戴电子设备以其独特的功能和便捷的携带方式受到了越来越多消费者的青睐。
作为一种前沿的技术，纳米材料在可穿戴电子设备中的应用备受关注。
纳米材料的特殊性能使其成为研究人员和制造商们应用于可穿戴电子设备的理想选择。
首先，纳米材料在可穿戴电子设备中的应用指南需要关注的是其优异的导电性能。
导电性能对于可穿戴电子设备来说至关重要，因为它能够确保设备的正常运行。
纳米材料由于其特殊的晶格结构和较小的尺寸，具有更高的导电性能。
例如，石墨烯是纳米材料中的一种，其导电性能比传统的材料如铜和铝更好，这使得石墨烯成为可穿戴电子设备中广泛应用的材料之一。
其次，纳米材料在可穿戴电子设备中的应用指南还需要关注其优异的机械性能。
考虑到可穿戴电子设备需要经受长时间的佩戴和日常使用，其材料必须具有足够的韧性和耐用性。
纳米材料的独特结构使其在机械性能方面表现出色。
例如，碳纳米管是一种具有高度韧性和强度的纳米材料，可被用于制造柔性的可穿戴电子设备部件。
除了碳纳米管外，氧化锌纳米线和银纳米线等纳米材料也显示出了优异的机械性能，可用于可穿戴电子设备的制造。
另一方面，纳米材料在可穿戴电子设备中的应用指南还需要考虑其优异的光学特性。
对于可穿戴电子设备来说，显示器的质量和性能至关重要。
纳米材料在这方面表现出了巨大的潜力。
以量子点为例，量子点是一种具有优异光学性能的纳米结构，可实现更高分辨率和更鲜艳的显示效果。
由于其尺寸和形状可以通过控制合成参数来调节，因此量子点可以实现对光谱范围的精确调控，从而提供更丰富的色彩和更高的亮度。
这使量子点在可穿戴电子设备的显示器中得到广泛应用。
此外，纳米材料在可穿戴电子设备中的应用指南还需要关注与能源存储和管理相关的特性。
可穿戴电子设备通常需要依靠电池供电，因此电池的能量密度和充电效率是关键因素。
纳米材料在这方面的应用也带来了许多突破。
例如，石墨烯是一种拥有高能量密度且快速充放电速度的纳米材料，非常适合用于可穿戴电子设备的电池制造。
可穿戴电子材料的研究报告
可穿戴电子材料的研究报告一、引言在当今科技飞速发展的时代，可穿戴电子设备已经逐渐融入我们的日常生活。
从智能手表、健身追踪器到虚拟现实头戴式设备，这些创新的产品不仅改变了我们与科技互动的方式，还为我们的生活带来了更多的便利和乐趣。
而可穿戴电子设备的核心之一，便是可穿戴电子材料。
这些材料的性能和特性直接决定了设备的功能、舒适度、耐用性以及与人体的兼容性。
因此，对可穿戴电子材料的研究具有极其重要的意义。
二、可穿戴电子材料的分类（一）柔性材料柔性材料是可穿戴电子设备中最常见的一类材料。
它们具有良好的柔韧性和可拉伸性，能够适应人体的各种运动和姿势变化。
例如，柔性聚合物，如聚酰亚胺（PI）和聚二甲基硅氧烷（PDMS），被广泛应用于制造柔性电路板和传感器。
此外，还有一些新型的柔性金属，如液态金属和纳米银线，它们具有出色的导电性和柔韧性，为可穿戴设备的电路连接提供了更多的可能性。
（二）导电材料导电材料在可穿戴电子设备中起着关键的作用，用于传输电信号和实现设备的各种功能。
传统的导电材料如金属（铜、金、银等）虽然导电性良好，但往往缺乏柔韧性和可穿戴性。
因此，新型的导电材料如碳纳米管（CNTs）、石墨烯和导电聚合物（如聚苯胺、聚噻吩等）成为了研究的热点。
这些材料不仅具有良好的导电性，还具备一定的柔韧性和机械强度，能够满足可穿戴设备的需求。
（三）智能材料智能材料是一类能够感知外界环境变化并做出相应响应的材料。
例如，形状记忆合金能够在一定条件下恢复其预先设定的形状，可用于制造可自动调节的表带或支架。
压电材料则能够将机械能转化为电能，或者将电能转化为机械能，可用于能量收集和触觉反馈。
此外，还有一些具有自修复能力的材料，能够在材料受损时自动修复，提高了可穿戴设备的耐用性。
（四）生物兼容材料由于可穿戴设备与人体直接接触，因此生物兼容性是至关重要的。
生物兼容材料不会对人体组织和生理过程产生不良影响，并且能够与人体环境良好地相互作用。
柔性电极材料的国内外研究进展
文章编号:1001-9731(2021)02-02039-11柔性电极材料的国内外研究进展*武畏志鹏,邹华,宁南英,田明(北京化工大学材料科学与工程学院,北京100029)摘要:近年来,随着柔性可穿戴设备㊁触觉反馈设备㊁能量收集器等领域的快速发展,介电弹性体(D E)及超级电容器(S C)因能够提共高能量㊁高储能效率以及可小型化而备受关注,有着非常广泛的应用㊂由于柔性电极的性能直接影响D E的发电和驱动效率以及S C的储能效率,因而其是D E和S C的重要组成部分㊂基于柔性电极材料的不同类型,本文首先对碳电极㊁金属电极㊁复合型电极等几种典型的电极材料及其性能进行了详细介绍㊂然后,对电极的制备方法进行了阐述㊂接着,总结了由柔性电极材料组装的D E和S C在各领域的应用,并对电极材料所面临的问题及挑战进行了分析㊂最后,对柔性电极材料的发展趋势进行了展望㊂关键词:介电弹性体;超级电容器;碳电极;金属电极;复合电极中图分类号: T B34;T B333;T B324文献标识码:A D O I:10.3969/j.i s s n.1001-9731.2021.02.0060引言电极材料属于一种导体材料,用作固体㊁气体或电解质溶液等导电介质中输入或输出电流的两个端㊂柔性电极一般用在介电弹性体或超级电容器中,所以它们必须在保持导电性的同时具备轻薄㊁大形变㊁高可拉伸性的特点,能够进行数百万次的循环㊂在介电弹性体及超级电容器中,由于电极材料是与橡胶或电解质配合使用,需要通过形变输出或储存电能㊂因而,为了提高能量的输出,电极材料必须足够柔顺,降低对电介质刚度的影响㊂另外,与普通电极不同的是,柔性电极能够在电介质基体上形成精确的图案,使电荷可以在规定的位置工作,从而允许在单个膜上具有多个电极和明确定义的独立有源区域的复杂结构㊂P e l r i n e 等[1]人说过: 理想电极具有高导电性,完全柔顺且可图案化,并且相对于基体厚度可以更薄㊂ 基于柔性电极材料的不同类型,我们将其分为碳电极㊁金属电极㊁复合型电极三类㊂1碳电极1.1炭黑电极导电炭黑是一种有着较低电导率的半导体材料,将其分散到特殊制品中,可使制品起到导电或防静电的作用㊂其特点为粒径小,比表面积大且粗糙,结构度高,表面洁净(化合物少)等㊂采用刷涂或喷涂的方式将炭黑粉末通过物理作用黏附在D E基体上是早期介电弹性体致动器(D E A)用柔性电极的主要材料㊂由于炭黑粒子间没有强的相互作用力,所以导电炭黑的主要优点是其对D E基体的刚度不产生影响㊂但是炭黑电极也有以下两个缺点影响其导电性:一是由于炭黑粒子间相互作用弱,所以在大应变下电极会产生断裂带,切断了电荷传输路径;二是在反复拉伸-回复过程中,炭黑粉末会产生脱落㊂P e l r i n e等[1]人通过喷涂的方式将溶解于有机溶剂中的碳粉喷洒在预应变为32%的D E基体上㊂待溶液挥发后,碳粉附着在D E基体上,制成介电弹性体致动器(D E A)㊂研究表明,在300V电压下D E A的形变量达到20%㊂张治安等[2]人利用油压机,将高比表面积㊁高导电性的工业炭黑固定到集流体上,制成电极片㊂研究结果表明使用纯炭黑作为柔性电极材料的比容量大约为60~70F/g,相对较低㊂1.2碳纳米管电极碳纳米管是一种具有高机械强度㊁良好导电性的一维纳米材料,可应用于高强度复合材料㊁信息存储㊁纳米电子器件等㊂由于碳纳米管有着大长径比㊁高比表面积以及良好的导电性等特点,使得其作为柔性电极材料在D E G和D E A上有着广泛的应用㊂张东智等[3]人将C N T用静电自组装的方法粘附在D E基体上,制备出了28μm后的D E G㊂与手套结合,制成了手套式发电机,如图1所示㊂研究表明,当手指弯曲90ʎC,此时为可输出的最大电压,大约为3.7V,如图2所示㊂接着该团队又制备出鞋垫式发电机,通过足部运动使介电弹性体产生压缩-回复的变化㊂研究表明, D E的相对介电常数为12,可输出的最大电压为1V,最大电容为1.37n F㊂93020武畏志鹏等:柔性电极材料的国内外研究进展*收到初稿日期:2020-08-18收到修改稿日期:2020-09-30通讯作者:邹华,E-m a i l:1252528362@q q.c o m 作者简介:武畏志鹏(1995 ),男,山东济南人,硕士,师承邹华副教授,从事导电纳米复合材料研究㊂图1 手指弯曲度检测示意图F i g 1I l l u s t r a t i o no f f i n g e r -b e n d i n g te st 图2 不同弯曲角度下E A P 薄膜的输出电压-时间曲线F i g 2C u r v e so fo u t p u tv o l t a ge -t i m ef o rE A Pf i l -m u n d e r d i f f e r e n t b e n d i ng a n gl e s 近年来研究人员对C N T 不断的深入研究,使得其也迅速成为超级电容器领域的研究热点㊂D u 等[4]以镍片做衬底,使用C N T 分散液将C N T 均匀分散,制备出了排列整齐的C N T 电极㊂研究表明,其质量比容量为20F /g ,功率密度为30k W /k g㊂Z h a o 等[5]采用喷涂的方法将多壁碳纳米(MW C N T )管固定到钢网上,如图3所示,制备出了质量比容量为155F /g 的碳纳米管电极㊂经过100次弯折循环后,MW C N T 没有脱落,表现出优异的循环稳定性㊂图3 通过静电相互作用保持的P E I /C N T 膜排列示意图F i g 3S c h e m a t i co f t h eP E I /C N Tf i l m a r r a n ge m e n t h e l db y el e c t r o s t a t i c i n t e r a c t i o n 1.3 石墨烯电极石墨烯具有导电导热性好㊁比表面积大㊁循环寿命长,机械强度高等特点,并且在水性电解质中有着优异的耐腐蚀性,使得其在柔性电极方面运用广泛㊂C h e n 等[6]人采用真空抽滤的方法制备了超薄透明的石墨烯薄膜(厚度为25~100n m ),测试结果表明,薄膜的电导率在800~1000s /m ㊂将其应用到超级电容器时,25n m 的薄膜比电容为135F /g,功率密度为7.2k W /k g,透光率70%㊂随着厚度的增加,性能降低㊂H o l l o w a y 等[7]人使用射频等离子体增强化学气相沉积工艺在加热的镍基板上直接生长了垂直取向的石墨烯纳米片,如图4所示㊂测试结果表明,其比表面积约为1100m 2/g ,120H z 下比电容为175F /c m 2㊂W a n g等[8]采用氧化还原法得到了单层石墨烯,验证了单层石墨烯作为电极材料的优势㊂研究表明,在电解质水溶液中以28.5W h /k g 的能量密度获得的最大比电容为205F /g ,功率密度为10k W /k g ㊂并且经过1200次循环测试后保留了约90%的比电容,显示出优异的循环稳定性㊂图4 不同生长时间下垂直取向石墨烯纳米片的S E M照片F i g 4S E M i m a g e s o f v e r t i c a l l y a l i g n e d g r a ph e n e n a n o s h e e t s u n d e r d i f f e r e n t g r o w t h t i m e s1.4 碳纤维电极由于碳纤维有着极高的纵横比,使得其有着良好的电子传输路径,导电性优异㊂并且碳纤维还有着高度可修饰的纳米结构㊁良好的循环使用寿命等特点㊂近年来,以碳纤维作为柔性电极也成为了超级电容器领域的研究热点㊂Z HO U 等[9]通过对碳纤维进行酸氧化处理,制备出了多孔核-壳碳纤维㊂研究表明,0.5A /g 电流密度下,比电容为98F /g ㊂在1A /g 的电流密度下进行3000次充放电循环后,电容保持率约为96%㊂表现出出色的电化学性能和机械性能以及良好的循环稳定性㊂L i u 等[10]用生物型棉纤维制备出碳纤维,通过一定程度的煅烧来塑造多孔微管结构,作为电极材料㊂研究表明,其比表面积约为584.49m 2/g ㊂在0.3A /g 的电路密度下,比容量约为221.72F /g ,经过两次6000次循环后,电容的损失率仅有4.6%㊂2 金属电极虽然金属材料作为电极有着优良的导电性,但其也有两个非常明显的缺点:一是金属的杨氏非常高,通常高于介电弹性体几个数量级,会增加基体的刚度㊂40202021年第2期(52)卷R o s s e t 等[11]人通过研究表明,在30.6μm 的硅橡胶上溅射8n m 的金层,使得基体的模量由最初的0.77M P a 增加到了4.2M P a ,增长率达到440%㊂二是金属的弹性极限在2%~3%,若超过该极限金属将会破裂,阻碍电子的传输路径,影响导电性㊂为提高金属的柔韧性,许多研究人员进行了广泛的探索㊂目前常用的方法主要有三种:(1)改变金属电极的形貌来提高柔韧性,如褶皱电极㊁波纹电极等;(2)将金属做到纳米级尺度;(3)使用液态金属㊂L a c o u r 等[12]人将A u 沉积到因加热而膨胀的硅橡胶基体上㊂然后将硅橡胶冷却至室温,使其恢复原状,这时硅橡胶表面产生褶皱金属,如图5(a)所示㊂研究表明,在23%的应变下A u 仍具有导电性,此时已远远超过了A u 的屈服应变㊂接着该团队在10%~20%预拉伸的硅橡胶基体上沉积厚度为25n m 的A u 电极,撤去外力后基体恢复原状产生褶皱金属㊂研究表明,A u 电极最大可拉伸至28%仍保持导电性,如图5(b )所示㊂B e n s l i m a n e 等[13]人将橡胶放在具有正弦波纹轮廓的模具上硫化,制备具有波纹形状的弹性体,并在其上沉积A g ㊂研究表明,A g 电极最大可拉伸至33%仍保持导电性㊂图5 (a )15%预拉伸释放后的金表面波的三维轮廓;(b )机械循环过程中的电阻介于0%和15%之间F i g 5T h r e e -d i m e n s i o n a l pr o f i l e o f aA us u r f a c ew a v ea f t e r r e l e a s e f r o m15%p r e s t r e t c ha n de l e c t r i c a l r e -s i s t a n c e d u r i n g m e c h a n i c a l c y c l i n g be t w e e n0%a n d15%s t r a i n 纳米材料与传统材料不同的是,纳米材料通常具有表面与界面效应㊁小尺寸效应㊁量子尺寸效应㊁宏观量子隧道效应等特性,因而纳米材料具有独特的光学㊁电学㊁磁学㊁热学㊁力学等方面的性质㊂正因为如此,纳米金属材料与宏观金属材料相比具有更优异的综合性能,可弥补宏观材料的一些不足㊂C h e n 等[14]人通过使用具有适当离子强度的电解质溶液处理银纳米线(A gNW ),如图6所示,可以解吸其表面的绝缘活性剂层(聚乙烯吡咯烷酮,P V P )㊂研究表明,制备的A g-NW 膜电导率显著提高,电阻仅为26.4Ω/s q,透光率为92.5%,并且使A gNW 网络更加致密㊂弯曲循环4000次后,电导率几乎无变化,显示出良好的循环稳定性㊂L e e 等[15]人通过对大长径比(长度>100μm )的A gNW s 进行固溶处理,随后通过低温纳米焊接形成渗流网络,开发出具有高度可拉伸性的金属电极㊂研究表明,其方阻仅为9Ω/s q,最大可拉伸至460%㊂C u 的导电性与A g 相差不多,而价格仅为A g 的1%,而且储量巨大㊂所以铜纳米线(C u NW s)因为其极高的性价比而受到广泛的关注㊂Z e n g 等[16]人在低温(60ħ)下,通过水还原途径制备出了直径为90~120n m ㊁图6 (a )不同电解质溶液处理后A g NW 薄膜的薄层电阻的相对变化;(b )电解质溶液处理后的A gNW 网络的S E M 图像F i g 6R e l a t i v e c h a n g e s i n t h e s h e e t r e s i s t a n c e o fA g NWf i l m s a f t e r t r e a t m e n tw i t hd i f f e r e n t e l e c t r o l yt e s o l u t i o n s a n dS E Mi m a g e o fA g NW n e t w o r k s a f t e r e l e c t r o l yt e s o l u t i o n t r e a t m e n t 14020武畏志鹏等:柔性电极材料的国内外研究进展长度为40~50μm的大长径比C u NW s㊂W i l e y等[17]人改进了制备方法,换用聚乙烯吡咯烷酮(P V P)加入到混合液中,以防止C u NW的聚集,并且降低反应温度,在冰水浴中生长C u NW,得到了直径<60n m㊁长度>20μm的具有更大长径比的高透光率的C u NW,然后将其涂覆到聚合物基材上㊂研究表明,C u NW薄膜具有优良的导电性,电阻为30Ω/s q,透光率为85%㊂经过1000次弯折循环后,薄膜电导率无明显变化㊂液态金属一般采用低温熔炼制备工艺,将不同的金属材料(多以镓㊁铟类合金为基础材料)按照一定的配比,通过温度控制使其充分融合而形成,是一种不定型㊁可流动的特殊金属材料㊂因而其在拥有高导电性的同时还有这极高的柔韧性(杨氏模量几乎为0)㊂但是由于其具有流动性,若不加以复合或封装则无法使用㊂3复合电极不管是碳电极还是金属电极,在他们单独使用时总会有许多不尽人意之处,使得它们的性能无法发挥到极致㊂所以目前对于柔性电极的研究多集中于碳-碳㊁碳-金属㊁碳(金属)-聚合物等复合材料上,以弥补各自性能上的不足㊂以下我们将把复合型电极分为本征型电极和填充型电极两类㊂3.1本征型电极我们将本征型复合电极定义为主要由两种或两种以上的具有导电能力的材料构成的电极㊂如碳材料(碳纳米管㊁碳纤维㊁石墨烯)㊁纳米金属材料和导电聚合物(聚吡咯㊁聚苯胺)等本身就有着非常高的柔韧性,将其选择性的进行复合,以期望获得性能上的提升㊂具有优良导电性㊁大比表面积㊁高机械强度以及自支撑特性的石墨烯及其复合材料被认为是超级电容器的理想电极材料㊂冯先强等[18]人将碳纤维(C F)㊁沥青(M P)㊁石墨烯(G)3种材料通过真空抽滤法制备了具有三维网络结构的自支撑G-C F-M P复合薄膜㊂研究表明,沥青在其中增强了碳纤维与石墨烯的粘结强度,使得网络结构更加稳定㊂3种材料协同作用,提高了薄膜的导电性,方阻仅为0.229Ω/s q㊂聚苯胺(P A N I)具有简单易得㊁电容值高㊁化学稳定性强等特点,在超级电容器的电极材料中有着非常广泛应用㊂尚嘉茵等[19]利用原位聚合㊁层-层自组装的方法将MW C N T㊁G Q D㊁P A N I负载至碳布表面,制备出了MWN T/ G Q D/P A N I/碳布柔性电极材料,如图7所示㊂研究表明,MW C N T/G Q D提高了P A N I在碳布上的负载量,且分布更加均匀㊂电极材料的比电容为361.5m F/c m2,经过1000次循环后,电容损失率为15%㊂图7 MWN T/G Q D/P A N I/碳布柔性织物电极制备示意图F i g7S c h e m a t i c d i a g r a m o f p r e p a r a t i o n o fMWN T/G Q D/P A N I/c a r b o n c l o t h f l e x i-b l e f a b r ic e l e c t r od e二氧化锰作是一种电化学活性和比电容高的过渡金属氧化物,但是其导电性较差㊂张燕等[20]人以柔性C N T薄膜为基底,通过水热法将M n O2覆盖在C N T 薄膜上,制备出C N T/M n O2复合电极材料,如图8所示㊂研究表明,M n O2呈现泡沫状,使得薄膜具有较大的比表面积,提高了薄膜电极的比电容,达到了297F/ g㊂经过500次充放电循环后,电容损失率仅为6%,显示出良好的循环稳定性,如图9所示㊂张亚妮等[21]人发明了一种专利㊂将过渡金属(TM)层溅射到碳纤维(C F)表面,采用原位生长法将C N T覆盖在其表面㊂制备出C F/T M/C N T柔性复合电极材料㊂结果表明,电极材料柔韧性高㊁寿命长,电导率高达104S/c m ㊂图8碳纳米管膜/M n O2电极材料的透射电镜图F i g8T E Mi m a g e s o fC N T F/M n O2图9碳纳米管膜和碳纳米管膜/M n O2电极材料的循环稳定性曲线F i g9C y c l i n g s t a b i l i t y o fC N T Fa n dC N T F/M n O2纳米金属材料长时间暴露在空气中时极易被氧化,影响其电学性能㊂由于石墨烯能够对水和氧气进行有效的隔绝,以及自身优异的化学稳定性,当其覆盖在金属表面时,能够保护金属材料不被氧化㊂C h e n 等[22]人通过在金属上生长石墨烯,将石墨烯包裹在金240202021年第2期(52)卷属表面,然后在200ħ的环境中加热4小时㊂研究表明,与未覆盖石墨烯的金属相比,被包裹金属的氧化速率得到了有效的减缓,且对金属的物理㊁化学性质没有影响㊂李云飞等[23]进一步改进工艺,采用化学气相沉积法在C u纳米粒子表面原位生长石墨烯,制备出C u 纳米粒子-石墨烯复合结构㊂研究表明,C u纳米粒子与石墨烯间的相互作用非常强,且抑制了C u在空气中的氧化速度㊂L e e等[24]人通过真空抽滤法制备出了A g NW-S W C N T复合电极,如图10(a),将其黏附到V H B4910弹性体上,制成了D E A㊂研究表明,其应变高达146%,且相较于单独使用低初始电导率的A g-NW电极时,加入少量C N T后,电极电阻下降了3个数量级,如图10(b),击穿强度增加了183%㊂图10(a)掺入C N T后的A g NW的S E M图像;(b)四种不同的A g NW薄膜(S1-4)的薄层电阻(黑点掺入C N T之前,红点掺入C N T之后)F i g10S E Mi m a g eo fA g NW d o p e dw i t hC N Ta n ds h e e t r e s i s t a n c eo f f o u rd i f f e r e n tA g NWf i l m s(S1-4)(b l a c kd o t s b e f o r e d o p i n g C N T,r e dd o t s a f t e r d o p i n g C N T)3.2填充型电极填充型电极一般是将导电性物质分散到聚合物中,在保证导电性的同时,又具有极强的柔韧性,能承受较大的应变㊂碳脂电极是将炭黑分散到硅油(低分子量硅胶)等一些粘性基质中,在D E A电极材料中有着广泛应用㊂碳脂电极模量低,有着优异的伸缩性能,不会阻碍D E基体的形变㊂但是其也有以下几个缺点:一是油脂在重力作用下会产生蠕变,降低电极的使用寿命,特别对与垂直存放的设备;二是油脂类物质随着时间推移会逐渐干涸,柔韧性降低;三是像硅油等油脂类材料一般都是绝缘的有机物,会影响炭黑等导电填料的电导率㊂以炭黑为导电填料制成的导电橡胶是常用的电极材料㊂橡胶本身是绝缘性材料,若想使橡胶复合材料具有一定的导电性,那么炭黑的填充量必须高于逾渗阈值㊂黄英等[25]人分别用N330㊁E C P和C B3100三种炭黑填充硅橡胶制成了导电硅橡胶,探究其渗流现象㊂研究表明,当炭黑粒径越小㊁结构度越高㊁比表面积越大时,炭黑粒子在硅橡胶中的分散性就越好,逾渗阈值越小㊂孙宗学等[26]人将炭黑填充到通过点击化学反应接枝了3-巯基丙酸的甲基乙烯基硅橡胶(VMQ)中,制备出了导电硅橡胶复合电极材料,然后将其喷涂到V H B4910丙烯酸酯弹性体上㊂测试结果表明电极不仅与基体的粘结性显著提高,而且在较小的电场下就能产生大的形变㊂J i a n g等[27]人把用硅烷偶联剂K H550改性处理过的多壁碳纳米管(MW C N T)填充到硅橡胶中,制备出了导电硅橡胶复合电极材料㊂研究表明,与未经修饰的MW C N T相比,填料在硅橡胶中分散的更加均匀,电导率显著增强,这是因为经表面改性的MW C N T与硅橡胶的相互作用得到增强㊂张玉刚等[28]人将炭黑与碳纳米管并用,采用溶液共混法制备出了炭黑/C N T/硅橡胶复合电极材料㊂研究表明,相较于单独使用两种碳材料时,并用使得复合材料的导电网络更加稳定,这得益于近程网络和远程网络的协同互补作用,如图11所示,并且还可以减少导电填料的用量㊂图11炭黑和碳纳米管的协同效应F i g11S y n e r g i s t i ce f f e c to f c a r b o nb l a c ka n dc a r-b o nn a n o t u b e s以纳米金属为导电填料制成的导电橡胶也是常用的电极材料㊂L i u等[29]人采用喷涂法将A g NW溶液喷涂在四氟板上,200ħ下加热使A g NW间产生融合,然后将P D M S粘性液体覆盖在上面进行固化㊂完成后,A g NW嵌入在P D M S中,成功制备出可拉伸薄膜电极㊂研究表明,薄膜电阻为20Ω/s q,1000次拉伸,弯折循环后,电导率无明显变化㊂R o s s e t等[30]人34020武畏志鹏等:柔性电极材料的国内外研究进展通过在弹性体表面下方的几十纳米处以低能量植入金属纳米团簇,如图12所示,这些金属粒子可以相对于彼此移动,因此形成比普通金属薄膜更柔顺的电极,并且因为它们位于弹性体基体内部,提高了纳米金属粒子在弹性体中的附着力,稳定性大大增强㊂雷海军等[31]人探究了金属填料的性质对硅橡胶复合材料性能的影响㊂结果发现,金属填料相同时,导电性与用量和细度有关,用量越大,细度越小,硅橡胶导电性就越好㊂复合金属系导电填料不仅可以减少金属的用量以降低成本,还可以提高填料整体的导电性㊂邹华等[32]人将镀镍石墨填充到甲基乙烯基硅橡胶中,制备出复合电极材料㊂结果表明,其拉伸性和导电性均较好㊂张立群等[33]人将镀镍石墨和镀镍碳纤维并用填充到硅橡胶中㊂研究表明,与单一材料填充相比,并用后所需的填料总量降低,复合材料硬度降低㊂且随着镀镍碳纤维比例的增加,逾渗阈值降低,导电稳定性提高㊂图12 A u/P D M S纳米复合材料的T E M截面F i g12T E Mc r o s s s e c t i o n o fA u/P D M Sn a n o c o m p o s i t e液态金属在保持着高导电性的同时还有着接近于0的模量,柔韧性极高㊂F a s s l e r等[34]人将液态金属(镓铟锡合金,液滴2~30μm)填充到硅橡胶中,制备出了液态金属/硅橡胶复合材料,如图13所示㊂研究表明,复合材料柔韧性非常好,杨氏模量为0.9~ 1.27M P a,最大形变量可达133%㊂产生形变时,表面压力使得液滴相互接触形成导电网络,电导率达到了1.05ˑ104S/m㊂在无应力时,若想具有导电性,可与其他导电填料并用,在金属液滴间产生导通,形成导电网络㊂Z h u等[35]人将液态金属(共晶镓铟合金)注入到空心聚合物S E B S(三嵌段共聚物)纤维的芯中㊂研究表明,液态金属对纤维的机械性能无影响,电导率最大可达3ˑ104S/c m㊂随着纤维拉伸程度的增加,电导率降低,500%时电导率约为5S/c m,增加到700%时仍具有较好的导电性㊂L i a n g等[36]人将液态金属(镓铟锡合金)注入到P D M S海绵中,制备出液态金属海绵㊂结果表明,P D M S海绵不仅可以储存液态金属,还具有3D互连的多孔结构,形成电子传输通路,电导率最高可达1.62ˑ104S/c m,在经过大量的拉伸-回复循环后,电导损失率小于7%㊂,循环稳定性优异㊂图13 可拉伸的液态金属/P D M S薄片嵌入到P D M S薄层中F i g13S t r e t c h a b l e l i q u i dm e t a l/P D M S s h e e t e m b e d-d e d i nP D M S t h i n l a y e r4制备方法电极材料作为D E和S C中最关键的组成部分,如何将其覆盖到基体材料上,并且能够满足特殊的需求(如特定的形状㊁特定的位置等),是现阶段亟待解决的问题㊂目前常用的制备方法有喷涂/涂覆法㊁化学沉积法(化学气相沉积㊁液相沉积)㊁喷墨印刷法等㊂4.1喷涂/涂覆法喷涂/涂敷方法是近年来基于传统成型技术上衍生而来的新技术,喷涂/涂敷工艺因具有设备简单㊁工艺易控制㊁掺杂方便等特点而被广泛应用㊂S h i e h 等[37]人通过在P D M S基体表面涂覆由石墨烯和多壁碳纳米管组成的混合电极,得到具有高比电容和良好循环稳定性的复合电极㊂2000次循环后,电容保持率达到93%㊂J e o n g等[38]人通过喷涂技术将还原的氧化石墨烯(r G O)/单壁碳纳米管(S WN T s)复合材料涂覆到聚己内酯(P C L)基底上,以制备柔性超级电容器㊂结果表明,未弯曲时比电容为52.5F/g,经过500次弯曲循环后比电容降至37.5F/g㊂接着又进行了不同弯曲角度下分别进行1000次充放电循环,电容仅下降约1%㊂S c h l a a k等[39]人将石墨悬浮液喷涂在硅橡胶上,然后再使硅橡胶交联固化,如此反复交替进行,开发出了一种可制造高达100层的D E A的生产方法㊂4.2化学沉积法化学沉积法是通过氧化还原反应,将电极材料沉积在基体表面的一种化学反应过程㊂化学沉积法有气相沉积和液相沉积两种㊂J a y e s h等[40]采用化学气相沉积法在碳纤维(C F)上合成了螺旋状盘绕的碳纳米管(H C N T),制备出C F/H C N T复合电极㊂结果表明,电极的最大比电容为125.7F/g,经过不同弯曲角440202021年第2期(52)卷度下的充放电循环以及15000次的弯折循环后,比电容几乎没有损失㊂J i a n g 等[41]基于化学气相沉积法将镍纳米粒子沉积到碳纳米管上,制备出镍纳米粒子@碳纳米管(N i @C N T )复合电极㊂使得N i 与C N T 间无粘合剂,提高了电极材料的性能㊂结果表明,其能量密度为1.39mW h /c m 3,功率密度为440mW /c m 3,10000次循环后仍具有良好的电化学稳定性,无电容损耗㊂L o w 等[42]人利用液相沉积法在高度拉伸4.2倍的丙烯酸酯橡胶基体上沉积银薄膜,然后松弛至2.5倍的预拉伸来制备褶皱电极㊂测试得到在1.8k V 的电压下电极面积扩展至128%,并且具有良好的循环稳定性㊂4.3 喷墨印刷法喷墨印刷是通过计算机控制,将细墨流射在基材上㊂它具有工艺简单㊁成本低㊁无接触㊁无污染㊁生产周期短等特点,有着巨大的使用潜力㊂M u s t o n e n 等[43]人利用喷墨印刷的方法将由单壁碳纳米管/导电聚合物(P E D O T -P S S)组成的墨水沉积在基体上,制备出复合透明电极㊂结果表明,在低印刷重复率下,与P E -D O T -P S S 电极相比,复合电极显示出更高的电导率,这是因为碳纳米管在P E D O T -P S S 导电相间建立了连接㊂90%的高透光率下,方阻为10k Ω/s q ㊂金属材料的导电性远远高于碳材料,因此金属墨水是现在最为最常用的㊂D o n g 等[44]人利用喷墨印刷法将高银含量的MO D (金属-有机分解)墨水沉积在P I 基体上㊂结果表明,固化后膜电极的电阻率为8.6μΩ㊃c m ,大弯曲下电极也无破裂现象,表现出良好的柔韧性㊂除了上述几种常用的方法外,还有电化学沉积法㊁激光刻蚀法㊁静电纺丝法㊁溅射法㊁湿法纺丝法㊁冲压法㊁3D 打印法等多种方法㊂图14 (a )(b )介电弹性体卫星夹持器示意图;(c )通过将三个D E M E S 旋转接头连接在一起形成的襟翼系统;(d)仿生鱼斜视图;(e)介电弹性体海浪发电机示意图F i g 14(a )S c h e m a t i cd i a g r a m o fd i e l e c t r i ce l a s t o m e r s a t e l l i t eh o l d e r ;(b )f l a p p i n g w i n g s ys t e mf o r m e df r o m j o i n i n g t h r e eD E M E S r o t a r y j o i n t s t o g e t h e ;(c )b i o n i c f i s ho b l i q u e v i e w ;(d )s c h e m a t i cd i a gr a mo f d i e -l e c t r i c e l a s t o m e r s e aw a v e g e n e r a t o r54020武畏志鹏等:柔性电极材料的国内外研究进展。
纳米材料在柔性电子技术中的应用指南
纳米材料在柔性电子技术中的应用指南近年来，纳米材料在科技创新领域中引起了广泛关注。
其独特的材料属性使得纳米材料在各个领域有着广泛的应用前景。
其中，纳米材料在柔性电子技术中的应用尤为引人注目。
本文将为您介绍纳米材料在柔性电子技术中的应用指南，探讨纳米材料的特性、加工方法和应用案例。
1. 纳米材料的特性纳米材料的特殊特性使其在柔性电子技术中应用广泛。
首先，纳米材料具有特别的光电性能。
金属纳米颗粒在纳米尺度下表现出明显的量子效应，可以实现可调控的光学性能。
其次，纳米材料的热导率较高，有助于在柔性电子器件中实现更高的散热效果。
此外，纳米材料还具有良好的机械柔韧性和稳定性，能够适应复杂的曲面结构。
这些特性使纳米材料成为开发柔性电子技术的理想选择。
2. 纳米材料的加工方法纳米材料的加工方法是实现其在柔性电子技术中应用的重要环节。
目前常用的纳米材料加工方法包括溶液法、气相法、磁控溅射法等。
溶液法是最常见的一种方法，通过控制溶液中的浓度和沉淀条件来制备纳米颗粒。
气相法通过将原料气体在高温下分解或反应，生成纳米颗粒。
磁控溅射法则是利用高能离子束轰击目标材料表面，使其粉化并在基底上形成纳米颗粒。
这些加工方法各有优劣，可以根据材料特性和应用需求选择合适的方法。
3. 纳米材料在柔性电子技术中的应用案例3.1 柔性电子显示器件传统的液晶显示器因为其刚性结构限制了其应用场景。
而利用纳米材料制备的柔性电子显示器件具有超薄、轻量、可弯折等特点，可以应用于可穿戴设备、柔性电子书、可卷曲显示屏等领域。
例如，利用纳米碳管、纳米量子点等纳米材料制备的显示屏具有较高的色彩饱和度和亮度，可广泛应用于智能手机、电视和AR/VR设备中。
3.2 可穿戴设备纳米材料在可穿戴设备中的应用也备受瞩目。
利用纳米材料制备的柔性电子传感器可以实现对人体生理参数的监测，如心率、血压、体温等。
同时，纳米材料还可以用于制备柔性电池、柔性储存器件等，提供稳定而可靠的能量供应。
[高分子材料] 清华大学张莹莹团队最新综述：先进碳材料在柔性智能穿戴领域中的应用研究进展
![[高分子材料] 清华大学张莹莹团队最新综述：先进碳材料在柔性智能穿戴领域中的应用研究进展](https://img.taocdn.com/s3/m/0f2ea0366bec0975f565e20a.png)
清华大学张莹莹团队最新综述：先进碳材料在柔性智能穿戴领域中的应用研究进展你是否幻想过机器人拥有和人类一样的具有灵敏感知能力的软体皮肤？你是否幻想过残障人士可通过佩戴智能装备恢复感知与反馈能力？你是否幻想过日常服装能实时检测健康数据、及时提醒和智能给药，为人类健康保驾护航？柔性可穿戴智能领域的蓬勃发展正在让这些曾经的天方夜谭逐渐变成现实！理想的柔性可穿戴电子器件需要具备柔性、可拉伸性以及透气性、人体友好性等特征。
新型电子材料的开发是构筑高性能柔性器件的基石。
碳材料，特别是具有sp2杂化结构的低维碳材料，因本征或结构柔性、良好的导电性、优异的化学和热稳定性、可调的表面/电子结构、丰富的形貌结构、轻质、以及丰富的来源而成为一类很有潜力的柔性可穿戴电子材料。
清华大学张莹莹团队长期活跃在碳材料与蚕丝材料的制备科学、物性调控、和其在柔性器件应用方面的研究前沿，形成了系统的研究成果和丰富的研究经验，应邀在国际著名刊物《先进材料》(Advanced Materials)上发表了题为“Advanced Carbon forFlexible and Wearable Electronics” 的综述文章。
该文系统综述了新型碳材料在柔性可穿戴电子器件中的最新应用进展，所述碳材料包括碳纳米管、石墨烯、碳织物等，所述柔性电子器件包括应变/压力传感器、温度/湿度传感器、电化学传感器、电极/导线、能源器件以及多模式集成系统等。
该文由浅入深，系统总结了碳材料的结构设计和控制制备、柔性器件的工作机理、器件性能、可穿戴应用以及柔性可穿戴系统的集成方法，并指出了该领域面临的主要挑战、潜在机遇和未来前景。
相信终有一天，碳材料基智能可穿戴会走进人们的生活，为人类带来超能力。
碳材料在柔性可穿戴器件中的应用张莹莹研究团队介绍：课题组隶属于清华大学化学系，兼属清华大学微纳米力学与多学科交叉创新研究中心。
主要围绕纳米碳材料和丝蛋白材料的制备科学、物理与化学性能开展研究，重点发展面向柔性可穿戴系统的新型电子材料。