柔性电极材料
《聚苯胺导电水凝胶的制备及其在柔性电极中的应用》
《聚苯胺导电水凝胶的制备及其在柔性电极中的应用》一、引言随着科技的发展，柔性电子设备逐渐成为人们日常生活的重要组成部分。
其中，柔性电极作为柔性电子设备的关键组成部分，其性能的优劣直接决定了设备的使用效果。
近年来，聚苯胺导电水凝胶作为一种新型的柔性电极材料，因其优异的导电性能、良好的柔韧性和生物相容性而备受关注。
本文将介绍聚苯胺导电水凝胶的制备方法及其在柔性电极中的应用。
二、聚苯胺导电水凝胶的制备聚苯胺导电水凝胶的制备主要采用化学氧化聚合法。
具体步骤如下：1. 将苯胺单体与适当的掺杂剂（如硫酸）混合，制备出苯胺溶液。
2. 在一定温度下，向苯胺溶液中加入氧化剂（如过硫酸铵），引发苯胺单体的聚合反应。
3. 通过控制反应条件（如温度、时间、掺杂剂和氧化剂的浓度等），使聚苯胺形成水凝胶状结构。
4. 对制备出的聚苯胺导电水凝胶进行清洗、干燥等后处理，以提高其性能。
三、聚苯胺导电水凝胶的性能聚苯胺导电水凝胶具有优异的导电性能、良好的柔韧性和生物相容性。
其导电性能主要来源于聚苯胺的共轭结构，使得电子能够在分子链上自由移动。
同时，水凝胶状结构使得聚苯胺导电水凝胶具有良好的柔韧性和生物相容性，能够适应各种复杂的形状和弯曲程度，且对人体无害。
四、聚苯胺导电水凝胶在柔性电极中的应用聚苯胺导电水凝胶在柔性电极中的应用主要体现在以下几个方面：1. 制备方法简单：聚苯胺导电水凝胶可以通过简单的化学氧化聚合法制备，成本低廉，易于规模化生产。
2. 柔韧性好：聚苯胺导电水凝胶具有良好的柔韧性，能够适应各种复杂的形状和弯曲程度，适用于制备柔性电极。
3. 导电性能优异：聚苯胺导电水凝胶具有优异的导电性能，能够满足柔性电极的高导电要求。
4. 生物相容性好：聚苯胺导电水凝胶对人体无害，可用于制备与人体直接接触的柔性电极。
五、结论聚苯胺导电水凝胶作为一种新型的柔性电极材料，具有优异的导电性能、良好的柔韧性和生物相容性，在柔性电子设备中具有广泛的应用前景。
柔性超级电容器电极材料的设计、制备及性能研究
柔性超级电容器电极材料的设计、制备及性能研究一、本文概述随着能源需求的日益增长和环境保护的迫切需求，高效、环保的能源存储技术已成为全球科研和产业界的研究热点。
其中，超级电容器作为一种能够快速存储和释放大量电能的电子器件，具有功率密度高、充放电速度快、循环寿命长等优点，被广泛应用于电动汽车、移动通信、航空航天等领域。
然而，传统的超级电容器电极材料往往存在柔韧性差、比容量低等问题，限制了其在可穿戴设备、柔性电子等领域的应用。
因此，研究和开发新型柔性超级电容器电极材料，对于推动超级电容器技术的进一步发展和拓宽其应用领域具有重要意义。
本文旨在探讨柔性超级电容器电极材料的设计、制备及性能研究。
我们将介绍柔性超级电容器的基本原理、分类及应用领域，阐述柔性电极材料的重要性。
我们将综述目前柔性超级电容器电极材料的研究进展，包括常见的电极材料类型、制备方法及其优缺点。
在此基础上，我们将提出一种新型的柔性超级电容器电极材料的设计思路，并详细介绍其制备过程、结构表征及电化学性能测试方法。
我们将对所制备的柔性电极材料进行系统的性能评估，包括其比容量、循环稳定性、倍率性能等，并探讨其在实际应用中的潜力。
通过本文的研究，我们期望能够为柔性超级电容器电极材料的设计和制备提供新的思路和方法，推动超级电容器技术的创新和发展，为未来的能源存储和转换领域做出贡献。
二、超级电容器基础知识超级电容器（Supercapacitor），也称为电化学电容器（Electrochemical Capacitor），是一种具有高能量密度和高功率密度的电子器件。
与传统的电容器和电池相比，超级电容器在储能和放电速度上都具有显著的优势。
其基础知识主要涉及电极材料、电解质、工作原理以及性能参数等方面。
电极材料：超级电容器的电极材料是其核心组成部分，直接影响其电化学性能。
常见的电极材料包括碳材料（如活性炭、碳纳米管、石墨烯等）、导电聚合物（如聚吡咯、聚苯胺等）以及金属氧化物（如氧化钌、氧化锰等）。
双电层材料下的柔性超级电容器电极分析
双电层材料下的柔性超级电容器电极分析一、柔性超级电容器电极材料的研究现状柔性超级电容器电极材料的主要研究方向包括碳基材料、导电高分子、金属氧化物、过渡金属氧化物等。
碳基材料作为双电层超级电容器的主要电极材料之一，具有比表面积大、导电性能好、化学稳定性高等优点，因此受到了广泛关注。
目前，碳纳米管、石墨烯、活性炭等碳基材料被广泛用于柔性超级电容器的电极材料。
导电高分子如聚噻吩、聚吡咯等也因其具有良好的柔性和导电性能成为了柔性超级电容器电极材料的研究热点。
金属氧化物和过渡金属氧化物由于其优异的电化学性能也得到了广泛关注。
目前，柔性超级电容器电极材料研究的主要挑战包括：①传统的柔性电极材料往往存在能量密度低、循环寿命短等问题；②传统的电极制备方法难以满足柔性超级电容器对电极材料的柔性要求；③电极材料的成本和环保性也是亟待解决的问题。
由于双电层效应的存在，双电层材料在柔性超级电容器中得到了广泛的应用。
双电层效应是指电极表面存在的电容效应，当电解质中的离子在电极表面形成电二层时，构成了电极的双电层。
在双电层电容器中，电荷的存储主要是通过电荷积累在电极表面的双电层上实现的。
双电层材料的设计和应用对于柔性超级电容器的性能至关重要。
目前，石墨烯和活性炭等碳基材料被广泛应用于双电层超级电容器中。
石墨烯具有大的比表面积、良好的导电性能和化学稳定性，是一种非常理想的双电层材料。
其在柔性超级电容器中的应用可以大大提高电极的比电容和循环寿命。
活性炭具有丰富的孔结构和优异的表面化学性质，能够提供更多的电解质存储空间和更好的电荷传输通道，是一种性能优异的双电层材料。
氧化石墨烯、碳纳米管等碳基材料也因其优异的双电层性能而被广泛应用于柔性超级电容器中。
除了碳基材料外，金属氧化物和过渡金属氧化物也是重要的双电层材料。
金属氧化物具有丰富的氧含量和可调控的电子结构，能够提供充足的储能空间和优异的电极活性，因此在柔性超级电容器中具有重要的应用前景。
柔性电极材料
柔性电极材料
柔性电极材料是一种具有柔软性和可塑性的材料，可以在各种曲面和不规则形状的基底上进行弯曲和拉伸，具有广泛的应用前景。
随着柔性电子技术的发展，柔性电极材料作为电子器件的重要组成部分，受到了越来越多的关注。
首先，柔性电极材料具有良好的机械柔韧性，能够适应各种复杂形状的基底。
这使得它们可以应用于身体健康监测、可穿戴设备、柔性显示屏等领域，为这些领域的发展提供了新的可能性。
同时，柔性电极材料还具有优异的导电性能，可以实现高效的电子传输，为电子器件的正常工作提供了保障。
其次，柔性电极材料的制备工艺日趋成熟，包括溶液加工、纳米印刷、激光刻蚀等多种方法，可以实现对材料的精确控制和加工。
这些制备工艺的不断进步，为柔性电极材料的性能优化和工程化应用提供了有力支持。
另外，柔性电极材料还具有良好的化学稳定性和环境适应性，能够在各种恶劣环境下稳定工作。
这为柔性电极材料在生物医学、环境监测等领域的应用提供了可能，为人们的生活和健康保障提供了新的手段。
总的来说，柔性电极材料作为一种新型的功能材料，具有广阔的应用前景和发展空间。
随着材料科学和电子技术的不断进步，相信柔性电极材料将会在更多的领域得到应用，为人类社会的发展和进步做出更大的贡献。
柔性电极材料
柔性电极材料
柔性电极材料是一种具有柔韧性和可塑性的材料，能够适应各种形状和表面的电极材料。
它们通常由导电材料和柔性基底组成，具有良好的导电性、机械性能和化学稳定性。
柔性电极材料在柔性电子器件、生物医学传感器、可穿戴设备等领域具有广泛的应用前景。
首先，柔性电极材料在柔性电子器件中具有重要作用。
传统的硅基电子器件往往具有刚性结构，难以适应复杂曲面的应用需求。
而柔性电极材料可以通过弯曲、拉伸等方式改变形状，能够与各种曲面完美贴合，因此被广泛应用于柔性显示屏、可折叠电子设备等领域。
其次，柔性电极材料在生物医学传感器中也具有重要作用。
生物医学传感器需要与人体皮肤或组织接触，因此对电极材料的柔韧性和生物相容性有较高要求。
柔性电极材料能够与人体组织更好地贴合，减小对组织的刺激，有利于传感器的稳定工作，因此在心电图、脑电图等医疗设备中得到广泛应用。
此外，柔性电极材料还在可穿戴设备中发挥着重要作用。
随着可穿戴设备的普及，人们对于设备的舒适性和便携性提出了更高的要求。
柔性电极材料能够使得可穿戴设备更加贴合人体曲线，更加舒适自然，因此在智能手环、智能手表等产品中得到了广泛的应用。
总的来说，柔性电极材料具有广泛的应用前景，能够在柔性电子器件、生物医学传感器、可穿戴设备等领域发挥重要作用。
随着科技的不断进步，相信柔性电极材料将会得到更广泛的应用，为人们的生活带来更多的便利与舒适。
薄膜电极材料
薄膜电极材料大致可以分为三种类型：
传统的金属材料经过加工合成为可拉伸的结构，如分形结构的金、铂等贵金属电极材料，这些材料具有突出的导电性能，但加工过程繁杂，因此并不适用于大规模生产。
导电聚合物，如聚吡咯（PPy）、聚苯胺（PANI）、聚噻吩（PTh）以及它们的衍生物。
这些材料作为柔性电极使用，但导电性较差。
以柔性材料为基体，再将导电纳米材料与之掺杂后形成的复合型柔性电极。
柔性基体材料可选用聚酰亚胺（PI）、聚二甲基硅氧烷（PDMS）等，导电纳米材料可选取碳纳米材料、金属纳米材料等。
此种复合型柔性电极原材料丰富、制作工艺简单、价格低廉，且柔性和导电性可控。
此外，还有一种是将粉末状态的电极材料（如碳基材料，包括一维的碳纳米管/碳纤维，二维的石墨烯等）通过添加粘接剂和导电剂制备成薄膜电极材料。
这种材料既可以直接作为柔性电极应用，也可以作为自支撑集流体负载其他高性能活性物制备成复合电极材料来使用。
以上信息仅供参考，如需更专业的介绍，可以咨询材料学专家或查阅相关文献资料。
《聚苯胺导电水凝胶的制备及其在柔性电极中的应用》范文
《聚苯胺导电水凝胶的制备及其在柔性电极中的应用》篇一一、引言随着科技的不断发展，柔性电子器件已经成为我们日常生活和工作中的重要组成部分。
在这些柔性电子器件中，电极是关键元件之一。
聚苯胺导电水凝胶作为一种新型的柔性电极材料，因其高导电性、良好的柔韧性和生物相容性等特点，在柔性电子器件领域具有广泛的应用前景。
本文将详细介绍聚苯胺导电水凝胶的制备方法及其在柔性电极中的应用。
二、聚苯胺导电水凝胶的制备1. 材料准备制备聚苯胺导电水凝胶所需的材料主要包括苯胺、氧化剂、溶剂等。
这些材料均可在市场上购买到，且价格相对较低。
2. 制备方法聚苯胺导电水凝胶的制备主要采用化学氧化聚合法。
首先，将苯胺溶解在适当的溶剂中，然后加入氧化剂进行氧化聚合反应。
在反应过程中，通过控制反应条件（如温度、时间、浓度等），使聚苯胺形成三维网络结构，从而得到导电水凝胶。
3. 制备过程及注意事项在制备过程中，需要注意以下几点：一是控制好反应条件，以保证聚苯胺的合成和质量；二是选择合适的溶剂，以利于聚苯胺的溶解和聚合；三是确保实验操作的卫生和安全，避免污染和意外事故的发生。
三、聚苯胺导电水凝胶在柔性电极中的应用1. 柔性电极的制备将制备好的聚苯胺导电水凝胶涂布在柔性基材上，经过干燥、压平等工艺处理，即可得到聚苯胺柔性电极。
这种电极具有高导电性、良好的柔韧性和生物相容性，可广泛应用于柔性电子器件中。
2. 柔性电极的应用领域聚苯胺导电水凝胶在柔性电极中的应用领域十分广泛，主要包括以下几个方面：一是用于制备触摸屏、电子皮肤等柔性电子器件；二是用于生物医学领域，如制备生物传感器、心电监测等设备；三是用于绿色能源领域，如制备太阳能电池、燃料电池等。
四、实验结果与讨论1. 实验结果通过对比实验和实际测试，我们发现聚苯胺导电水凝胶具有较高的导电性能和良好的柔韧性。
在制备柔性电极的过程中，聚苯胺导电水凝胶能够很好地附着在柔性基材上，形成连续、均匀的薄膜。
柔性超级电容器电极材料
“柔性超级电容器电极材料”资料合集目录一、柔性超级电容器电极材料的设计、制备及性能研究二、柔性超级电容器电极材料的设计、制备及性能研究三、MOFs及其衍生的多孔碳用于柔性超级电容器电极材料研究四、柔性超级电容器电极材料与器件研究进展五、柔性超级电容器电极材料的制备及电容特性研究六、柔性超级电容器电极材料研究进展柔性超级电容器电极材料的设计、制备及性能研究随着科技的不断发展，柔性电子设备已经成为了研究的热点。
其中，柔性超级电容器作为柔性电子设备中的一种，因其具有高能量密度、快速充放电、循环寿命长等优点，成为了柔性电子设备领域的研究重点。
而柔性超级电容器电极材料的设计、制备及性能研究，直接决定了柔性超级电容器的性能和使用寿命。
本文将主要介绍柔性超级电容器电极材料的设计、制备及性能研究。
在柔性超级电容器电极材料的设计过程中，需要考虑到材料的电化学性能、机械柔韧性、稳定性和环保性等因素。
其中，电化学性能是评价电极材料优劣的关键指标，包括比电容、内阻、循环稳定性等。
机械柔韧性是柔性超级电容器电极材料的基本要求，能够保证电极材料在弯曲、卷曲等情况下仍能正常工作。
稳定性要求电极材料能够稳定工作一定时间，保证柔性超级电容器的使用寿命。
环保性则是指在材料制备和使用过程中，应尽量选用环保、无毒的材料和工艺。
在柔性超级电容器电极材料的制备过程中，需要选择合适的制备方法和技术，以保证电极材料的结构、组成和性能达到预期要求。
常见的制备方法包括化学反应法、热处理法、电化学沉积法等。
化学反应法是通过化学反应将原料混合在一起，生成所需的电极材料。
热处理法是在一定温度和气氛下对材料进行热处理，以调整材料的结构和性能。
电化学沉积法是在电场作用下，通过电解反应在电极表面沉积出所需的材料。
在柔性超级电容器电极材料的性能研究方面，需要采用一系列测试和评估方法，包括阻抗谱、静电力等。
阻抗谱是一种用来研究材料阻抗性质的方法，可以用来评价电极材料的电化学性能。
柔性透明电极
柔性透明电极
柔性透明电极是一种新型电极，它由聚合物基材料贴附安装在任何弯曲
表面上，同时具有可见光、近红外和红外等增强光学性能。
其核心部分是一
种纤维，可以调整其在任何形状或曲面上的应力，使其靠近表面，实现电极
的最大效果。
该技术在生物医学和传感技术等领域都具有重要意义。
由于它的表面透明可以在身体的任何位置，甚至可以比传统的离子通道
还要更小入口。
柔性透明电极有助于提高治疗的准确性，提高其有效的在表
皮的敏感度；在生物医学领域，它有助于监测和控制人类身体的各种状态；
在图像及电脑视觉领域，它也可以作为一个很好的选择。
柔性透明电极有良好的稳定性和可靠性，它由柔性高分子材料复合而成，可克服涔析效应。
在功能和实用性上，柔性透明电极比传统电极具有更合理、更节省空间、更低价格的优势。
总而言之，柔性透明电极是一种具有良好表面安全性和可靠性的新型传
感器，它的出现和发展将会为各种行业提供更高效、更安全的传感应用服务，为研究和开发提供不同的应用场景。
柔性电极材料的制备与应用研究
柔性电极材料的制备与应用研究近年来，随着电子科技的迅速发展，电子产品在人们的日常生活中扮演着越来越重要的角色。
而作为电子设备的核心组成部分之一，电极材料的制备与应用研究愈发受到关注。
在这一领域中，柔性电极材料的出现被视为一种突破，它不仅具备传统电极材料的优势，还兼具柔性弯曲性能，推动了多种领域的技术创新和应用变革。
首先，柔性电极材料的制备技术是研究的重点。
目前，有许多种柔性电极材料的制备方法被提出，包括物理蒸发法、溶液法、石墨烯材料制备、纳米材料制备等。
其中，物理蒸发法是一种常用的制备方法，通过高温蒸发金属材料，使其在基底上沉积形成电极。
溶液法则是利用溶液中的金属离子在基底上沉积而得。
石墨烯材料制备技术则是通过切割氧化石墨烯等方法得到的材料，具有优异的导电性和柔性。
纳米材料制备则是通过化学合成方法，将纳米材料沉积在基底上，形成柔性电极。
这些制备技术使得柔性电极材料的制备更加灵活多样，适用于不同领域的需求。
其次，柔性电极材料的应用研究范围广泛。
柔性电极材料可以广泛应用于电子设备、电池、柔性显示器、生物医学器械等领域。
例如，在电子设备中，柔性电极材料可以替代传统电极材料，实现更好的导电性能和柔性曲折性能，使得电子设备更轻薄、灵活，并能更好地适应不同形状和尺寸的需求。
在电池领域，柔性电极材料可以提高电池的安全性和性能稳定性，进一步推动电动汽车等领域的发展。
在柔性显示器中，柔性电极材料的应用可以使显示器更加柔软可折叠，使得人们的日常生活更加便捷。
在生物医学器械领域，柔性电极材料的应用能够使医疗器械更加舒适和便携，提高患者的治疗效果。
另外，柔性电极材料的研究还存在一些挑战。
首先，柔性电极材料的导电性能和稳定性需要进一步提高。
目前，虽然柔性电极材料已经具备了良好的导电性能，但在长时间的使用过程中仍然存在着一定的问题，容易出现导电性能下降的现象。
其次，柔性电极材料的加工方法和成本需要优化。
目前，柔性电极材料的加工方法还比较繁琐，需要进一步优化以提高制备效率和降低成本。
柔性电极的发展历程
柔性电极的发展历程柔性电极是一种具有高度柔性和可曲性的电极，能够适应复杂的曲面或弯曲的表面。
柔性电极由于其独特的性能和应用潜力，近年来在许多领域得到了广泛的研究和开发。
下面将介绍柔性电极的发展历程。
早期的电极主要是刚性的，无法适应复杂的表面形状。
然而，随着对可穿戴设备、可曲式电子产品等灵活性要求的增加，对柔性电极的需求也越来越大。
在20世纪80年代末和90年代初，人们开始尝试使用聚合物薄膜作为柔性电极材料，以取代刚性的金属电极。
这种聚合物薄膜电极具有高度柔性和可拉伸性，能够适应曲面和弯曲的形状。
然而，由于其导电性能较差，限制了其在柔性电子器件中的应用。
随着纳米技术的快速发展，石墨烯、碳纳米管等纳米材料的出现，为柔性电极的研究提供了新的方向。
石墨烯作为一种具有优异导电性能的二维材料，被广泛用于柔性电极的制备。
石墨烯柔性电极不仅具有良好的电导率，还具有较高的可拉伸性和柔软性，能够适应各种复杂形状的表面。
除了石墨烯，碳纳米管也被用于制备柔性电极。
碳纳米管具有优良的导电性能和高度柔性，可以制备成导电膜或纺织品形式的柔性电极。
碳纳米管柔性电极不仅能够适应各种曲面形状，还具有较好的稳定性和耐久性。
除了纳米材料，金属网格也被广泛应用于柔性电极的制备。
金属网格电极通过将导电金属薄膜切割成网格形状，既保持了良好的导电性能，又具有较高的柔软性和可拉伸性。
金属网格电极不仅具有较高的透光性，还具有良好的稳定性和耐久性，可以应用于柔性显示器、柔性太阳能电池等领域。
近年来，随着纳米技术和可打印电子技术的发展，柔性电极的制备和应用得到了进一步提升。
通过纳米材料和可打印技术的结合，可以实现高性能、低成本的柔性电极的大规模制备。
同时，柔性电极与其他柔性材料的结合也为其他新型柔性电子器件的研究和开发提供了更多的可能性。
总结来说，柔性电极的发展经历了从刚性电极到聚合物薄膜电极，再到石墨烯、碳纳米管和金属网格等纳米材料的应用。
随着纳米技术和可打印电子技术的进步，柔性电极的制备和应用潜力不断被挖掘和拓展，将会在可穿戴设备、柔性显示器、医疗监测等领域发挥重要的作用。
柔性电极材料的发展前景
柔性电极材料的发展前景随着科技的不断发展，柔性电子技术已经成为了一个备受关注的领域，其中柔性电极材料作为柔性电子产品的关键部分，也得到了越来越多的研究和应用。
柔性电极材料是指具有高柔性和导电性的材料，能够与柔性基底完美结合，实现电子设备的柔性化。
目前，柔性电极材料的发展前景十分广阔，下面我们来探讨一下。
首先，柔性电极材料具有优良的柔性和导电性能，可以实现电子产品的柔性化设计和制造。
传统的硬性电子产品往往在外形上受到限制，而柔性电极材料的出现让电子产品可以更加贴近人体曲线，可以制造出更加符合人体工程学的电子设备，提高了用户的舒适度和便携性。
柔性电极材料的柔性和导电性还可以实现电子产品的抗弯曲、抗拉伸等功能，使得电子设备更加耐用。
其次，柔性电极材料的发展还将推动电子设备的功能拓展和智能化。
柔性电极材料可以实现电子产品的多功能化设计，比如可以将传感器、显示屏等功能整合到同一个电子设备中，实现电子产品的功能集成化，提高了电子产品的智能化水平。
同时，柔性电极材料的发展也可以推动可穿戴设备、可折叠设备等新型电子产品的推出，为用户提供更加便捷、智能的电子产品体验另外，柔性电极材料的应用还将推动医疗、健康、环保等领域的发展。
比如柔性电极材料可以用于制造柔性医疗设备，可以更好地贴合人体表面，实现更好的监测和治疗效果。
此外，柔性电极材料还可以应用于环境监测、新能源等领域，推动这些领域的技术创新和发展，为社会发展做出更大的贡献。
综上所述，柔性电极材料的发展前景十分广阔，不仅可以推动电子产品的柔性化设计和智能化发展，还可以推动医疗、健康、环保等领域的发展。
随着科技的不断进步和应用需求的不断增长，相信柔性电极材料将会在未来发挥越来越重要的作用，为人类社会带来更多的便利和进步。
柔性电极的发展趋势
柔性电极的发展趋势柔性电极是一种新型的电子材料，具有柔软、可弯曲、可拉伸等特点，可以用于制造柔性电子设备和可穿戴设备。
随着科技的不断发展，柔性电极也在不断地改进和创新。
下面将从材料、制备工艺和应用等方面，详细介绍柔性电极的发展趋势。
1. 材料方面：目前常用的柔性电极材料主要有金属纳米线、碳纳米管、导电聚合物等。
未来的发展趋势是寻找更好的材料替代品。
一方面，如金属纳米线虽然有良好的导电性能和柔性，但存在高成本、易氧化等问题，需要寻找更便宜、更稳定的替代材料；另一方面，如果能找到具备导电性和光透过性的材料，将会大大拓展柔性电极的应用领域。
2. 制备工艺方面：目前柔性电极的制备工艺主要采用的是微纳加工、印刷等技术。
未来的发展趋势是在制备工艺上寻求更高效、更经济的方法。
例如，传统的微纳加工技术费用昂贵、生产周期长，不适用于大规模生产。
因此，需要研发出更高效、高精度的制备工艺，以满足大规模生产的需求。
3. 应用方面：柔性电极的应用范围非常广泛，包括电子设备、传感器、医疗器械等。
未来的发展趋势是朝着更高性能的方向发展。
例如，将柔性电极应用于柔性显示器、可穿戴设备等领域，需要具备更高的分辨率、更快的响应速度和更好的可靠性。
另外，柔性电极还可以用于生物医学领域，如心脏监测、脑电图等，需要具备更高的灵敏度和可靠性。
4. 功能方面：柔性电极不仅需要具备传统电极的导电性能，还需要具备其他功能。
未来的发展趋势是将柔性电极与其他材料结合，增加其功能。
例如，将柔性电极与具有保存能量和释放能量功能的材料结合，可以制造出具有自愈合能力的柔性电极。
另外，还可以将柔性电极与传感器结合，实现多种数据的实时收集和分析。
综上所述，柔性电极的发展趋势主要包括材料的改进、制备工艺的优化、应用范围的拓展以及功能的提升。
随着科技的不断进步，相信柔性电极将在未来得到更广泛的应用，并为我们的生活带来更多的便利和创新。
柔性光电子学中的新材料研究
柔性光电子学中的新材料研究随着科技的发展，光电子学在现代科技中扮演着越来越重要的角色。
而在光电子学的研究中，新材料的应用受到了广泛的关注。
柔性光电子学便成为了近年来研究的热点。
柔性光电子学主要研究柔性、可弯曲、可拉伸的电子器件，并将其应用于可穿戴电子产品和生物医学等领域。
新材料的研究成为了柔性光电子学发展的重要推动力。
1. 柔性电极材料在柔性光电子学中，柔性电极材料是不可或缺的组成部分。
传统的电极材料如ITO镀膜是脆性的，难以满足柔性电子器件对柔性材料的要求。
因此，新型柔性电极材料被广泛研究。
其中，碳基材料是一类常用的柔性电极材料。
具有较高的导电性、光学透明性和柔性等性质，可用于真空、高温、高湿等特殊环境下的电子器件制备。
另外，有机电极材料和金属纳米线材料等也具有较好的柔性、可塑性和导电性等特点，被广泛应用于生物医学、可穿戴电子和智能环境等领域。
2. 柔性有机电子材料有机电子材料是柔性电子产品的另一重要组成部分。
这类材料具有低成本、可加工性高、可成膜性强等优点，可以大规模生产。
其中，半导体聚合物是一类重要的柔性有机电子材料。
它们具有较高的载流子迁移率、制备工艺简单等优点，可在光电子学中作为电子传输介质、太阳能电池等方面得到广泛应用。
此外，还有柔性有机发光二极管、无机有机复合材料等新型材料，未来也将成为柔性电子器件的重要研究方向。
3. 柔性导电粘合剂在制备柔性电子产品时，需要将不同的柔性材料粘附在一起，因此柔性导电粘合剂也成为了柔性光电子学中的一个重要领域。
该型材料应具有高的导电性和极强的黏附力，以满足柔性电子器件对性能和制备流程的要求。
传统的导电粘合剂大多是金属导电颗粒分散于聚合物基质中的复合材料，但这种材料的柔性较差，容易产生裂纹。
因此近年来，研究人员开始探索一些新型的柔性粘合剂。
例如，导电高分子材料是近年来快速发展的一类材料，具有低成本、可加工性高和柔性强等优点，可用于制备柔性电子制品。
总之，柔性光电子学中的新材料研究正朝着更高效率、更轻薄、更柔性的方向不断发展。
一文看懂柔性电子常用材料及应用!
柔性电子常用材料01柔性基底为了满足柔性电子器件的要求，轻薄、透明、柔性和拉伸性好、绝缘耐腐蚀等性质成为了柔性基底的关键指标。
常见的柔性材料有：聚乙烯醇( PVA ) 、聚酯( PET ) 、聚酰亚胺( PI ) 、聚萘二甲酯乙二醇酯( PEN ) 、纸片、纺织材料等。
聚亚酰胺材料具有耐高温、耐低温、耐化性与良好电气特性的优点，是柔性电子基本最具潜力的材料，唯在柔性基材选择上除了耐高温的特性要考虑以外，柔性基板的光穿透率、表面粗糙度与材料成本都是选择须考虑的因素。
聚二甲基硅氧烷（PDMS）也是被广泛认可的柔性材料，它的优势包括方便易得、化学性质稳定、透明和热稳定性好等。
尤其在紫外光下粘附区和非粘附区分明的特性使其表面可以很容易地粘附电子材料。
PET虽然转化温度低，约70~80℃之间，但是PET价格低廉，光穿透性佳，是透明导电膜性价比很高的材料。
02金属材料金属材料一般为金银铜等导体材料，主要用于电极和导线。
对于现代印刷工艺而言，导电材料多选用导电纳米油墨，包括纳米颗粒和纳米线等。
金属的纳米粒子除了具有良好的导电性外，还可以烧结成薄膜或导线。
03有机材料大规模压力传感器阵列对未来可穿戴传感器的发展非常重要。
基于压阻和电容信号机制的压力传感器存在信号串扰，导致了测量的不准确，这个问题成为发展可穿戴传感器最大的挑战之一。
由于晶体管完美的信号转换和放大性能，晶体管的使用为减少信号串扰提供了可能。
因此，在可穿戴传感器和人工智能领域的很多研究都是围绕如何获得大规模柔性压敏晶体管展开的。
传统上用于场效应晶体管研究的p型聚合物材料主要是噻吩类聚合物，其中最为成功的例子便是聚（3-己基噻吩）（P3HT）体系。
萘四酰亚二胺和苝四酰亚二胺显示了良好的n型场效应性能，是研究最为广泛的n型半导体材料，被广泛应用于小分子n型场效应晶体管当中。
04无机半导体材料以ZnO和ZnS为代表的无机半导体材料由于其出色的压电特性，在可穿戴柔性电子传感器领域显示出了广阔的应用前景。
柔性电极材料
柔性电极材料
柔性电极材料是一种具有较好机械柔性和导电性能的材料，可以应用于柔性电子器件、可穿戴设备、人机交互等领域。
目前，常用的柔性电极材料主要包括碳材料、金属纳米线和导电聚合物等。
碳材料是一种常见的柔性电极材料，常见的有石墨烯、碳纳米管和碳纤维等。
石墨烯具有高导电性和独特的二维结构，可以实现高灵敏度和高稳定性的电子器件。
碳纳米管具有高导电性和良好的柔性，可以在弯曲状态下保持导电性能。
碳纤维具有优良的柔性和导电性能，可以用于制备柔性传感器和电子器件等。
金属纳米线是一种具有优良导电性能和柔性的材料，常见的有银纳米线和铜纳米线。
金属纳米线具有高比表面积和高导电率，可以在大范围的应变下保持良好的导电性能。
此外，金属纳米线可以通过控制形貌和密度来调节柔性和传导性能，从而适应不同场景的需求。
导电聚合物是一种以含有导电性基团的高分子为主要成分的材料，常见的有聚苯胺和聚噻吩等。
导电聚合物具有良好的柔性和导电性能，可以通过多种方法来调节电导率，如掺杂和合成共聚物。
导电聚合物可以在弯曲状态下保持较好的导电性能，并且具有较好的可溶性和可加工性，适应各种形状和尺寸的需求。
总的来说，柔性电极材料具有较好的机械柔性和导电性能，可
以在弯曲状态下保持良好的导电性能。
不同的材料具有不同的特点和应用领域，可以根据具体需求选择适合的柔性电极材料。
随着科技的发展和材料研究的深入，未来柔性电极材料有望在更多领域实现广泛应用。
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。
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［ ５ ］Ｓ ａ ｎ ｄ ｈ ｕ Ｓ ，Ｋ ａ ｕ ｒ Ｔ ．Ｒ ａ ｄ ｉ ｏ ｇ ｒ ａ ｐ ｈ ｉ ｃ ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ
ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈｅ ｐ ｒ ｅ ｃ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｄ ｉ ｍｅ ｎｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｍｅ ａ ｓ ｕｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈｅ
ｍ ａ ｎ ｄ ｉ ｂ ｌ ｅ ｏ ｎ ｐ ａ ｎ ｏ ｒ ａ ｍ ｉ ｃ ｒ ａ ｄ ｉ ｏ ｇ ｒ ａ ｐ ｈ ｓ ［ Ｊ ］ ．Ｏ ｒ ａ ｌ Ｓ ｕ ｒ ｇ Ｏ ｒ ａ ｌ
倾斜 角是 相 似 的 ， 在 生长 过程 中向有 利 于萌 出的 角 度改 变 。如果 在生 长 过程 中遇 到影 响牙齿 阻 生的 因
［ ７ ］何 玉宏 ，段 银 钟 ，李 楠 ， 等 全 颌 曲 面 断层 片评 价 影 响 第 三磨 牙 萌 出 因 素研 究 ［ Ｊ ］ ．临 床 口腔 医 学 杂 志 ， ２ ０ ０ ６，
大于 ３ ５ 。 的则 没 有 １颗 变 为直 立 的 。本 研 究 发 现 ， 在 下颌 第 三 磨 牙 发 育 早 期 ，其 倾 斜 角 是 呈 均 数 为
２ ４ ． ７ 。 的正 态 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 布 （ 图 ４） ，提 示 下颌 第 三 磨 牙 发 育
［ ４ ］Ｓ ａ ｙ ｓ ｅ ｌ Ｍ Ｙ， Ｍｅ ｒ ａ ｌ Ｇ Ｄ， Ｋ ｏ ｃ ａ ｄ ｅ ｒ ｅ ｌ ｉ Ｉ ， ｅ ｔ ａ １ ． Ｔ ｈ ｅ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｓ ｏ ｆ ｉ ｆ ｒ ｓ ｔ ｐ ｒ ｅ ｍｏ ｌ ａ ｒ ｅ ｘ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｏ ｎ ｔ ｈ ｉ ｒ ｄ ｍ ｏ ｌ ａ ｒ ａ ｎ ｇ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ［ Ｊ ］ ．
Ｍｅ ｄ Ｏｒ ａ ｌ Ｐａ ｔ ｈｏ ｌ Ｏｒ ａ ｌ Ｒａ ｄ ｉ ｏ ｌ Ｅｎ ｄ ｏ ｄ， １ ９ ９８， ８ ６： ２ ４２ —２ ４８．
以用第 三磨 牙 来代 替 第一 、第二 磨 牙 的 功 能。有 研 究表 明 拔 出第 一 前 磨牙 后 ， 第 三磨 牙 的倾斜 角 显 著减小 ， 有 利 于其 萌 出。 了解 了第 三 磨 牙 的生 长 规 律后 ， 只要把 握好时 间 ， 第 三磨 牙均可前移 。在正 畸 中， 第 三磨牙 会加重 牙 列拥 挤 ， 影 响矫 治后 的稳 定 ， 正 畸医生可根 据第 三 磨牙 生 长规 律及 早 判断 其 阻生 的可能性并 作 出相应 的处理 。对倾 斜 角 度过 大 可 能 发生 阻生 的第 三磨牙 ， 可 以在 适 当时机拔 除 ，因为手
・
１ ２・
《 生 物 医学工 程 学进展 １ ２ ０ １ ７年 第 ３ ８卷第 １期 研 究论 著
ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｒ ｏ ｏ ｔ ｓ ｈ ａ ｐ ｅ ： ｐ ｅ ｒ ｉ ａ ｐ ｉ ｃ ａ ｌ Ｖ Ｓ ｐ ａ ｎ ｏ ｒ ａ ｍｉ ｃ ｆ ｉ ｌ ｍ ｓ ［ Ｊ ］ ． Ａ ｎ —
部分 牙倾 斜 角度 变小趋 向直 立萌 出 ，而另 一 部分
育特征及其 临床 意 义 ［ Ｊ ］ ． 实 用 口腔 医 学 杂 志 ， ２ ０ ０ ３ ，
１ ９： ５１—５３．
牙倾 斜角 变 大倾 向 于阻 生 。这 样 的 结果 与 Ｋ ａ ｈ ｌ … 的研 究相 似 。我们 认 为 ，下颌 第 三磨 牙 发育 之 初 的
ｇ ｌ ｅ Ｏｒ ｔ ｈ ｏ ｄ， ２ ０ ０１， ７１： １ ８ ５ —１ ８９．
象， 但 在青 少年 晚期 也 可 能 变得 更 加 倾 斜 ， 这 一 人
群 比例 占了 ３ ４ ． ６ ％ 。夏 永华 等 对 １ ８—２ ０岁 之 间
的大学 生进 行 为期 ３年 的跟 踪观 察 发现 ， 倾 斜 角 小 于３ ５ 。 的下颌 第 三磨 牙 有 可 能 变 为 直 立 ，而 倾 斜 角
２ ２： ２ ２ ０ —２ ２２．
素， 便 会使 牙变 得更 加倾 斜而 发生 阻 生 。 研究第 三磨牙 的生 长 发育 和萌 出对 于临 床都 有
重要意 义 。在第 一 、 第 二磨牙严重龋 坏或缺失 时 ， 可
［ ８ ］Ｃ ａ ｔ ｉ ｃ Ａ， Ｃ ｅ ｌ ｅ ｂ ｉ ｃ Ａ， Ｖ ａ ｌ ｅ ｎ ｔ ｉ ｃ— Ｐ ｅ ｒ ｕ ｚ ｏ ｖ ｉ ｃ Ｍ， ｅ ｔ ａ １ ．Ｅ ｖ ａ ｌ ｕ －
ｃ ｈ ａ ｎｇ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ ｅ ｒ ｕｐ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｉ ｍｐａ ｃ ｔ ｅ ｄ ｔ ｈ ｉ ｒ ｄ ｍｏ ｌ ａ ｒ ｓ ｉ ｎ ｙ ｏ ｕ ｎｇ ａ —
ｄ ｕ ｌ ｔ ｓ ｏ ｆ ａ ｎ Ａ ｓ ｉ ａ ｎ Ｉ ｎ ｄ ｉ ａ ｎ ｐ ｏ ｐ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ［ Ｊ ］ ．Ｊ Ｏ ｒ ａ ｌ Ｍａ ｘ ｉ ｌ ｌ ｏ ｆ ａ ｃ
术操 作简单 ， 拔牙创 面小 ， 减少并发症 的发生 。
参 考 文 献
［ ９ ］续 美如 ，吕冰 峰 ，霍 益 亮 ．５ ７ ２名 青 少年 第 三 磨 牙 先 天
缺 失及 阻 生 情 况 ［ Ｊ ］ ．中国学校 卫 生 ， ２ ０ ０ ２ ， ２ ３ ： ２ ５ ８—
Ｓｕ ｒ ｇ， ２ ００ ８， ６ ６： １ ６１ ７—１ ６ ２ ４．
早 期 的倾斜 角是 相 似 的。而 到下 颌第 三磨 牙发 育 晚 期 ，其倾 斜角 的 分布 呈 现 两极 化 趋 势 （ 图５ ） ， 说 明
一
［ ６ ］赵 计 林 ，陈扬 熙 ，刘 月 华 ，等 ．下 牙 弓后段 可 用 间 隙发