石墨烯柔性透明电极的人机交互系统研究
石墨烯可行性研究报告-
石墨烯可行性研究报告-石墨烯可行性研究报告（一）近年来，石墨烯作为一种新型材料，引起了全球各界的极大关注。
其独特的结构和出色的性能，使得石墨烯在许多领域都具备广阔的应用潜力。
本文将从石墨烯的制备与性质、应用领域以及产业化实施等方面进行探讨，旨在评估石墨烯的可行性。
首先，我们来了解一下石墨烯的制备与性质。
石墨烯是由碳原子构成的二维蜂窝状结构，具有高度的导电性、高强度和优异的热稳定性。
目前，石墨烯的制备主要通过机械剥离法、化学气相沉积法和还原氧化石墨烯等方法实现。
石墨烯具备优异的导电和导热性能，使得其在电子器件、纳米传感器以及能源存储等领域具备广泛的应用前景。
其次，我们探讨石墨烯的应用领域。
石墨烯作为一种材料，被广泛应用于电子器件的制备中。
由于石墨烯具备高度的导电性和透明性，因此可以被用于制备柔性显示器、透明导电薄膜等器件。
此外，石墨烯还被应用于纳米传感器的制备中，可以用于检测环境污染物、生物标记物等。
在能源存储领域，石墨烯可以用于超级电容器、锂离子电池等能源存储器件的制备，提高其性能。
除此之外，石墨烯还具备良好的机械性能和耐腐蚀性，使得其在复合材料、涂料以及防腐蚀材料等领域具备潜在的应用价值。
最后，我们对石墨烯的产业化实施进行评估。
虽然石墨烯具备广阔的应用前景，但目前在产业化实施方面仍然存在一些挑战。
首先，石墨烯的制备成本相对较高，制备工艺还需要进一步优化，以提高其产业化的可行性。
其次，石墨烯在大规模生产中面临着一些困难，如难以获得大面积、高质量的石墨烯材料。
此外，石墨烯的应用标准和监管仍不完善，需要建立相关的规范和标准。
为了推动石墨烯产业化的发展，需要政府、企业以及科研机构的共同努力，加大研发投入和合作力度，以提高石墨烯的制备工艺、降低生产成本，促进其在各个领域的应用。
总之，石墨烯作为一种新兴材料，具备着广阔的应用前景。
本文从石墨烯的制备与性质、应用领域以及产业化实施等方面进行分析和评估，揭示了石墨烯的可行性。
基于石墨烯的柔性加热器的电热性能研究＊
Science and Technology & Innovation ｜科技与创新2024年 第05期DOI ：10.15913/ki.kjycx.2024.05.021基于石墨烯的柔性加热器的电热性能研究＊李思远，戈铖琪，郭 浩，黄兆岭（桂林电子科技大学，广西 桂林 541004）摘 要：随着时代发展，柔性加热器件广泛地进入了人们的生活。
柔性加热器通常采用石墨烯作为发热层，但存在着变形时加热部件易脱落、加热速率较为缓慢等问题。
针对以上问题，提出使用多层石墨烯、碳纳米管、氮化铝作为涂料的柔性加热器，介绍了其组成结构及工作原理，实验分析了该柔性加热器的工作性能，与石墨烯作为发热层的柔性加热器进行对比。
结果表明，该系统在工作电压为4.5 V 时，最高温度达到了98.2 ℃，性能优于石墨烯作为发热层的传统柔性加热器。
关键词：柔性加热器；多层石墨烯；加热薄膜；数值模拟中图分类号：TN03 文献标志码：A 文章编号：2095-6835（2024）05-0081-03——————————————————————————＊［基金项目］广西壮族自治区大学生创新创业项目（编号：S202210595118）；广西青年自然科学基金项目（编号：2021JJB170014）柔性加热器是目前有着良好应用前景的柔性器件之一。
由于柔性加热器具有良好的热效率，使用寿命较长，因而被主要应用于血液分析、输液、呼吸治疗等医疗设备中 [1-2]。
柔性加热器以各类发热膜为主导，其主要有PET 低温电热膜、硅胶发热膜、聚酰亚胺发热膜等，这些发热膜都具有节能、高热转换率、质地柔软、使用寿命长等特点。
但是传统的微加热器在研究过程中有许多问题需要解决和完善。
传统的加热器温度分布不精确，体积大，材料昂贵或稀缺也使得加热薄膜难以制备，这一系列问题需要研究者们去解决和重视。
如今，很多柔性加热器需要在恶劣的环境下应用与工作，例如，工作环境较为复杂时，可能要面对灰尘、水雾、静电等干扰，会使柔性加热器的工作电路可靠性大打折扣。
石墨烯材料在柔性电子器件中的应用研究
石墨烯材料在柔性电子器件中的应用研究近年来，随着科技的不断发展和创新，石墨烯这一新兴材料渐渐引起了人们的关注。
作为一种非常特殊的二维材料，石墨烯有着惊人的强度和导电性能，在材料科学、电子学、化学等领域都有着广泛的应用前景。
尤其在柔性电子器件方面，石墨烯的应用前景更加广阔，因为它具有超薄、柔韧、透明等特点，可以实现高灵活度的电子器件制作。
因此，石墨烯在柔性电子器件研究中的应用，也成为了当前材料科学领域的热门研究方向之一。
一、石墨烯的基础性质石墨烯是由碳原子组成的二维晶体，因为其几何结构特殊而备受瞩目。
在石墨烯中，碳原子呈六角形排列，构成了平面层，层与层之间由范德华力相互作用牢固连接。
同时，石墨烯具有很高的导电性能，因为其电子结构中存在着连续的π电子能带，形成了很大的电子输运通道。
此外，石墨烯具有很高的表面积和极好的化学稳定性，可以实现更好地电化学反应和催化效果。
二、石墨烯在柔性电子器件中的应用石墨烯作为新兴材料，已经逐步在柔性电子器件领域得到了广泛的应用。
1、柔性传感器石墨烯柔性传感器具有高灵敏度和高加速度响应，可以实现多种压力、温度、湿度等物理量的检测和监测。
同时，石墨烯传感器本身柔性，可以实现针对人体、机器人、智能家居等多种场景的布局和设备安装。
2、柔性电池石墨烯柔性电池具有高能量密度和长寿命等特点，可以实现低电压、高能量和长寿命的电子产品。
石墨烯作为柔性电池的电极材料，同时可以使电池具有较高的电导率和机械强度，因此在未来的柔性电子产品中得到了广泛应用。
3、柔性晶体管石墨烯晶体管是一种新兴的半导体材料，具有高电子运动度和短传输长度等特点，可以作为未来高速处理器的理想材料。
在柔性电子产品领域，石墨烯晶体管同样可以实现高速、高效率的数据处理和计算等功能。
三、石墨烯柔性电子器件面临的挑战与前景虽然石墨烯在柔性电子器件领域的应用前景广阔，但是也面临着一些挑战。
首先，石墨烯的生产和应用成本较高，目前还没有完全量产化。
二维材料在柔性电子器件中的应用研究
二维材料在柔性电子器件中的应用研究随着科技的不断进步和发展，越来越多的电子设备正朝着更加柔性和轻薄的方向发展。
而其中的一个重要的技术突破就是二维材料的应用。
二维材料是指具有只有数个原子层的厚度的材料，常见的有石墨烯、二硫化钼等。
这些材料在柔性电子器件中具有独特的应用优势，吸引了众多研究者的关注和研究。
二维材料之所以在柔性电子器件中具有广泛的应用前景，一方面是因为它们的机械强度较高，具备良好的柔性和可弯曲性。
这使得二维材料可以适应各种曲率和形状的器件，可以应用于不同的场景中。
另一方面，二维材料具有优异的电子传输性能和光学性能。
由于二维材料的电子在平面上运动，电子传输路径短，电子迁移率高，使得二维材料在电子器件中具有快速的响应速度和高电子迁移率。
此外，二维材料的光学特性也非常丰富，可以调控吸收光谱和发射光谱，有利于光电器件的实现。
在柔性电子器件中，二维材料的应用主要体现在柔性电子显示和柔性能源器件两大领域。
柔性电子显示一直是人们梦寐以求的技术突破之一。
二维材料的应用为柔性显示技术的实现提供了新的可能性。
以柔性屏幕为例，采用二维材料作为透明电极，能够提供较高的透明度和导电性能，同时具备良好的柔性。
这使得柔性屏幕可以更加薄、轻便、具备弯曲性和可卷曲性，给用户提供更加舒适的使用体验。
此外，二维材料的光学性能也有助于柔性显示技术的发展，例如可调控的吸收光谱和发射光谱，有利于显示器的色彩重现和亮度调节。
在柔性能源器件中，二维材料的应用同样具有重要意义。
以柔性太阳能电池为例，二维材料可以作为光电极或导电材料，提供电荷传输通道和电子输运路径，从而提高太阳能电池的效率。
这使得太阳能电池可以更加薄、轻便，便于携带和使用。
此外，二维材料的柔性和可弯曲性，使得太阳能电池可以应用在曲面、弯曲的场景中，发挥更大的潜力。
除了柔性电子显示和柔性能源器件，二维材料还在其他各个领域中有着广阔的应用前景。
例如，可穿戴设备、生物传感器、智能皮肤等。
石墨烯在柔性电子领域的应用前景
石墨烯在柔性电子领域的应用前景石墨烯是近年来新兴材料中备受瞩目的一种，具有优异的导电性、导热性和机械性能，在柔性电子领域的应用前景十分广阔。
本文将从柔性电子的概念入手，探讨石墨烯在柔性电子领域的应用前景，并重点介绍其在可穿戴设备、柔性显示器和柔性太阳能电池中的应用。
一、柔性电子的概念柔性电子是指可以在弯曲、拉伸和扭曲等情况下仍能正常工作的电子设备。
与传统的硬性电子不同，柔性电子利用柔性基底或支撑基底，结合柔性电子器件的特性，赋予电子设备更高的可塑性和可移动性。
二、石墨烯在可穿戴设备中的应用前景可穿戴设备是柔性电子领域的一个重要应用方向，而石墨烯的独特性能使其成为制作柔性可穿戴设备的理想材料。
首先，石墨烯具有超高的导电性，能够有效传输电子信号，使得可穿戴设备的传感器更为精确和敏感。
其次，石墨烯具有出色的机械性能，可以充分适应人体曲线，提供更舒适的佩戴体验。
此外，石墨烯的透明性使其可以被应用于智能眼镜等透明电子器件，进一步扩展了可穿戴设备的应用范围。
三、石墨烯在柔性显示器中的应用前景柔性显示技术是近年来备受关注的研究领域，而石墨烯的出色导电性和透明性赋予其在柔性显示器中的广泛应用前景。
石墨烯可以作为透明电极很好地替代传统的氧化铟锡(ITO)电极，降低制造成本的同时提供更高的导电性能。
此外，石墨烯还可以用于制作可弯曲的显示器背板和触控屏，使得柔性显示器具备更好的抗拉伸性能和稳定性。
四、石墨烯在柔性太阳能电池中的应用前景石墨烯作为一种优异的导电材料，可以应用于柔性太阳能电池中，为其增加更好的电池性能和柔性可塑性。
相较于传统的硅基太阳能电池，石墨烯基太阳能电池具有更高的轻度吸收率、更高的载流子迁移率、更好的稳定性和更广泛的光谱响应。
此外，石墨烯的柔性使得太阳能电池可以制成弯曲形状，适应不同形状的表面，提供更多种样的应用场景。
五、结语总而言之，石墨烯在柔性电子领域的应用前景非常广阔。
其出色的导电性、导热性和机械性能，为柔性可穿戴设备、柔性显示器和柔性太阳能电池等领域提供了无限可能。
石墨烯材料在光电器件中的应用研究
石墨烯材料在光电器件中的应用研究随着科技的发展，新型材料被不断地研发出来并被应用在各个领域。
石墨烯材料作为一种新型材料，在科学界引起了极大的关注。
石墨烯材料的绝热性、导电性和透明度使其成为光电器件领域的一个重要材料。
石墨烯材料在光电器件中的应用研究已成为一个热点话题，本文将介绍石墨烯材料在光电器件中的应用现状及其未来的发展趋势。
一、石墨烯材料的基本概念首先，我们来了解一下石墨烯材料的基本概念。
石墨烯通常被定义为由一层碳原子所组成的二维纳米晶体，由于其特殊的结构及物理性质使其在科学研究领域吸引了广泛的关注。
石墨烯材料具有很高的光吸收系数、宽带电导率、极高的载流子迁移率等特点，这些特性使得石墨烯在光电器件领域中拥有广阔的应用前景。
二、石墨烯材料在太阳能电池领域的应用研究太阳能电池是一种将太阳能转化成电能的设备，而石墨烯材料在太阳能电池领域的应用研究也越来越受到重视。
一项研究表明，将石墨烯可以应用在太阳能电池中的各个方面，得以提高太阳能电池的效率和稳定性。
例如，石墨烯可以应用于太阳能电池的透明导电层、电极等方面，可以大幅提高太阳能电池的电荷传输效率和光吸收效率，同时还可以增强太阳能电池器件的稳定性和寿命。
三、石墨烯材料在显示器领域的应用研究显示器是人们日常生活中用到的设备，而石墨烯材料也可以应用在显示器领域。
一项研究表明，石墨烯在显示器领域可以作为一种非常有效的透明电极，在各种显示器设备中都有很大的应用前景。
例如，在 OLED 显示器中，可以通过石墨烯制成的透明电极大幅提高显示器的透光率和稳定性，进一步提高显示器的显示效果和使用寿命。
四、石墨烯材料在光电探测器领域的应用研究光电探测器是一种将光信号转化为电信号的设备，而石墨烯材料在光电探测器领域的应用研究也有着非常广泛的前景。
一项研究表明，石墨烯可以在光电探测器中作为一种非常有效的光电传感器，可以大幅提高光电探测器的灵敏度和响应速度。
同时，利用石墨烯可以制备光电探测器各种元件，越来越多的研究表明，石墨烯在光电探测器领域应用的前景非常广阔，未来一定会有更多的新型设备采用石墨烯材料来实现更加高效的光电转化。
石墨烯与生物医学应用的研究进展
石墨烯与生物医学应用的研究进展石墨烯是近年来备受关注的一种新型材料，它由一层厚度非常薄的碳原子构成，因为其惊人的物理和化学性质，它被认为是一种革命性的材料。
石墨烯具有高强度、高导电性、高热导性、超薄和透明等特性，已被广泛研究和应用于许多领域，包括生物医学领域。
本文将阐述石墨烯在生物医学应用领域的研究进展和应用前景。
一、石墨烯在生物医学中的应用石墨烯在生物医学中的应用主要有两个方面：诊断和治疗。
1. 诊断应用石墨烯可以作为一种高灵敏度的检测器，可以用于诊断和监测疾病。
例如，在血液中检测癌症标志物等生物分子，这对于早期癌症的筛查和监测是非常重要的。
另外，石墨烯还可以用于制备纳米传感器，这是一种使用纳米级别的材料来检测和传递信号的设备。
石墨烯纳米传感器可以用于检测细菌、病毒和其他生物分子的存在，从而起到诊断作用。
2. 治疗应用石墨烯也可以用于生物医学领域的治疗。
目前，石墨烯在癌症、心脑血管疾病和神经退行性疾病等方面的治疗应用正受到越来越多的关注。
例如，在癌症治疗方面，石墨烯可以作为一种载体来输送化疗药物或放射性同位素到肿瘤部位，从而实现精准治疗。
此外，石墨烯还可以被用来研究癌症的生物学机制，为癌症治疗提供更多的思路。
在心脑血管疾病的治疗方面，石墨烯也有着广泛的应用前景。
石墨烯可以用来制备可移植的血管支架和人工心脏瓣膜等器械。
在神经退行性疾病的治疗方面，石墨烯也有着显著的效果。
石墨烯可以促进神经细胞的再生和修复，同时减轻疼痛和炎症反应，对于治疗阿尔茨海默症、帕金森氏病等疾病有很大的帮助。
二、石墨烯的特性在生物医学领域中的应用石墨烯在生物医学领域的应用得到了广泛的认可，这主要是由于其独特的物理和化学特性。
1. 高度可调和可控石墨烯可以通过化学修饰或结构设计来调节其形状和功能。
这种可控性使得石墨烯在生物医学领域中的应用得到了很大的发展。
例如，石墨烯衍生物可以通过化学修饰，在不影响其结构完整性的前提下，改变其亲水性和亲油性，从而广泛用于生物医学方面的应用。
石墨烯项目可行性研究报告(一)2024
石墨烯项目可行性研究报告（一）引言概述：石墨烯作为一种具有极高导电性和导热性的新材料，近年来备受关注。
本报告将对石墨烯项目的可行性进行深入研究，以明确该项目的潜在市场和技术挑战。
通过对石墨烯材料的特性分析、市场需求研究和技术难题评估，我们旨在为投资者和决策者提供有力的支持与建议。
正文：一、石墨烯材料的特性分析1.石墨烯的结构与成分2.石墨烯的导电性和导热性研究3.石墨烯的机械强度与稳定性评估4.石墨烯的透明度和柔韧性研究5.石墨烯的化学反应性和腐蚀性分析二、石墨烯市场需求研究1.全球石墨烯市场规模及预测2.石墨烯在电子领域的应用前景3.石墨烯在能源领域的潜在市场4.石墨烯在医疗健康领域的需求情况5.石墨烯在材料科学中的潜力与机遇三、石墨烯项目的技术挑战评估1.石墨烯生产过程的可行性研究2.石墨烯质量控制与标准化的技术难题3.石墨烯与其他材料的复合研究4.石墨烯在纳米电子器件中的应用难题5.石墨烯的可持续生产与环境影响评估四、石墨烯项目的经济可行性分析1.石墨烯生产成本与盈利模式研究2.石墨烯市场竞争与供需分析3.石墨烯产业的发展前景与投资回报预测4.石墨烯项目的风险与不确定性评估5.石墨烯项目的可持续发展与社会效益分析五、石墨烯项目的可行性建议1.在石墨烯生产过程中加强质量控制与标准化2.提升石墨烯应用技术研发与创新能力3.积极拓展石墨烯的应用领域与市场渠道4.加强石墨烯产业链的合作与协同创新5.建立石墨烯项目的可持续发展战略与政策支持总结：通过对石墨烯项目的可行性研究，我们认为石墨烯在未来具有广阔的市场前景和应用潜力。
然而，石墨烯的生产与应用仍面临许多技术挑战和经济难题。
为确保项目的成功与可持续发展，建议在生产过程中加强质量控制与标准化，提升石墨烯应用技术研发与创新能力，并积极拓展石墨烯的应用领域与市场渠道。
同时，推动石墨烯产业链的合作与协同创新，建立可持续发展战略与政策支持，将有助于石墨烯行业的快速发展和持续进步。
柔性光电子器件制备及其在人机交互中的应用
柔性光电子器件制备及其在人机交互中的应用随着科技的不断发展，柔性光电子器件作为一种新兴的技术正逐渐引起人们的关注。
这一技术通过在柔性基底上制备光电子器件，使得它们具备了柔性、轻薄、透明等特点，并拥有广泛的应用前景。
特别是在人机交互领域，柔性光电子器件的应用正日益受到关注。
柔性光电子器件的制备过程是关键的一步。
通常，它包括材料选择、器件结构设计、制备工艺等几个主要方面。
首先，材料选择是制备柔性光电子器件的关键。
一般来说，可弯曲、透明、导电性良好的材料非常适合用于制备这类器件。
在实际应用中，氧化锌、二氧化钛等材料被广泛使用。
其次，器件结构设计对于器件性能影响很大。
设计合理的结构能够提高光电转换效率和器件的稳定性。
最后，制备工艺是确保柔性光电子器件品质的一项重要工作。
常用工艺包括溶液法、氧化物化学气相沉积法等。
柔性光电子器件在人机交互中的应用有着广泛的发展前景。
首先，柔性光电子器件可以配合可穿戴设备实现更加自然和舒适的人机交互方式。
传统的硬性光电子器件不能满足人体曲线和活动的需求，而柔性光电子器件则可以随着人体的形状变化而自由弯曲，为人们提供更好的使用体验。
其次，柔性光电子器件可以应用于虚拟现实领域，实现更加沉浸式的交互体验。
虚拟现实技术需要高分辨率、高刷新率、高透明度的显示器件，而柔性光电子器件正能够满足这一需求。
此外，柔性光电子器件也可以应用于触摸屏、智能家居、智能汽车等领域，提升用户的交互体验和生活便利性。
然而，柔性光电子器件在人机交互中的应用还面临一些挑战。
首先，制备柔性光电子器件的成本较高，且工艺复杂，这导致了它的商业化进程较慢。
其次，柔性光电子器件的稳定性和可靠性也是需要解决的问题。
由于器件需要弯曲和拉伸，器件的稳定性和可靠性面临着较大挑战。
此外，柔性光电子器件的光学性能和电学性能之间的平衡也需要考虑。
在实际应用中，如何兼顾器件的高透明度和高导电性是一个需要解决的难题。
尽管存在挑战，柔性光电子器件仍然具有巨大的市场潜力。
石墨烯透明导电薄膜的研究进展
石墨烯透明导电薄膜的研究进展随着科学技术的不断进步和发展，以石墨烯为基础研究开发的各种二维碳材料在推动人类社会的过程中起着越来越重要的作用，其中石墨烯透明导电薄膜的进展更是日新月异。
本文以石墨烯的发展历程为研究出发点，从力学强度、透光性以及化学稳定性等几个方面讨论以石墨烯为原料制备的透明导电薄膜的优点，然后分别从石墨烯透明导电薄膜的前驱体和制备方法等角度归纳总结了最近几年石墨烯透明导电导电薄膜的研究进展，就目前所面临的问题进行了讨论，并展望了石墨烯透明导电薄膜的应用前景与发展趋势。
关键词：石墨烯，导电薄膜，前驱体，制备方法，研究进展一绪论-石墨烯和透明导电薄膜的发展及研究背景1.1石墨烯的发展历程碳元素是自然界存在最为广泛的元素之一，因其独特的原子结构而形成了多种同素异形体，有sp3杂化，sp2杂化，sp杂化，sp3/sp2杂化混合等多种形式，石墨烯是sp2杂化的一种[1]，科学研究正是从杂化轨道理论和电子能带结构的探究开启石墨烯时代的到来。
石墨烯的理论研究始于半个多世纪前，当时主要是为碳纳米管和富勒烯等结构构建模型。
根据热力学统计物理的热力学涨落，二维晶体在有限的温度下是无法单独存在的，所以在很长的一段时间内，石墨烯一直被认为是一种假设性结构，无法在现实中单独稳定存在。
直到2004年，英国曼彻斯特大学的两位物理学家安德烈·海姆(Andre Geim，荷兰籍)和康斯坦丁·诺沃肖洛夫(Konstantin Novoselov俄罗斯和英国籍)，成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯，由此证实并宣告它可以单独存在。
自从第一次成功制备稳定存在的单层石墨烯至今，石墨烯已经成为材料界一颗炙手可热的新星，众多科学家对其各个方面进行研究[2]。
作为一种独特的二维晶体，石墨烯有着非常独特的性能：超大的比表面积，理论值为2630m2／ｇ；力学性能优异，杨氏模量达1.0TPa[3]；热导率为5300W／（m·K)[4]，是室温下纯金刚石的3倍；几乎完全透明，对光只有2.3％的吸收[5,6]；同时，在电和磁性能方面也具有很多奇特的性质。
无机材料在柔性电子器件中的应用探索
无机材料在柔性电子器件中的应用探索柔性电子器件是一种新兴的技术领域，成功地将电子器件与可弯曲、可拉伸的基底材料结合。
无机材料作为柔性电子器件的关键组成部分，其应用正得到越来越多的关注与探索。
本文将探讨无机材料在柔性电子器件中的应用现状以及未来的发展方向。
1. 无机材料在柔性电子器件中的优势无机材料在柔性电子器件中具有许多优势。
首先，无机材料具有优异的物理性质，如高熔点、高硬度和高化学稳定性。
这些特点使得无机材料能够在极端的环境条件下稳定工作，从而扩展了柔性电子器件的应用范围。
其次，无机材料通常具有较高的电导率和介电常数，使得柔性电子器件能够更高效地传导电荷和实现高速信号传输。
此外，无机材料还具有优越的光学性能，如高透明度和较低的光衰减，能够应用于柔性显示器、光伏电池等领域。
2. 金属薄膜的应用金属薄膜是无机材料中应用最广泛的一类。
金属薄膜以其独特的导电性能被广泛应用于柔性电子器件中。
例如，在柔性电路板中，金属薄膜可以作为导线、电极和晶体管的材料，实现电子器件的连接和调控。
在柔性传感器中，金属薄膜可以作为敏感层，实现对压力、温度等多种物理量的测量。
此外，金属薄膜还可以用于制备柔性天线、光电传感器等器件，将柔性电子技术应用于通信和光学等领域。
3. 二维材料在柔性电子器件中的应用二维材料是近年来受到广泛研究的一类无机材料，其在柔性电子器件中展现出独特的优势。
以石墨烯为代表的二维材料具有优异的导电性、机械强度和可弯曲性。
石墨烯可以作为透明电极材料，广泛应用于柔性显示器和触摸屏等设备中。
此外，二维材料还可以作为柔性电池的阻挡层和催化剂，提高电池的性能和循环寿命。
未来，随着对二维材料的研究不断深入，其在柔性电子器件中的应用前景将更为广阔。
4. 陶瓷材料在柔性电子器件中的应用陶瓷材料是另一类重要的无机材料，在柔性电子器件中具有广泛的应用潜力。
陶瓷材料通常具有较好的机械强度和化学稳定性，因此可以作为柔性电子器件的衬底材料，提供良好的力学支撑和长期稳定性。
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。
矿产
矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。
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矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。