基于纳米碳填料可拉伸导电聚合物复合材料的制备

碳系材料具有导电性强、稳定性好、价格低廉等优点,被广泛用于制备可拉伸导电复合材料,并且在可拉伸、可穿戴电子设备等领域有巨大的应用潜力,引起了研究者的密切关注。本文介绍了碳系材料的种类,主要有炭黑、碳纳米管和石墨烯等;总结了3种纳米复合材料的主要制备工艺:原位聚合法、熔融共混法和溶液混合法,并介绍了传统印刷技术和新型打印技术。分析了复合材料的导电机理,介绍了渗流阈值理论;并重点探讨了其在可拉伸传感器和可拉伸能量储存设备领域的应用。针对基于纳米碳填料制备的可拉伸导电聚合物复合材料指出目前研究的不足之处:导电填料分散性差、导电网络不稳定和无法大规模生产等,并提出了多种解决方案。对基于纳米碳填料制备的可拉伸导电聚合物复合材料在微型化、可拉伸、可穿戴电子设备领域的应用前景作出了展望。     

基于碳基透明电极的柔性有机电致发光二极管

随着消费升级和5G技术的发展,显示技术正朝着超高分辨率、大尺寸、轻薄、柔性和低成本方向蓬勃发展。有机发光二极管(OLED)具有自发光、超薄、节能、大面积、易实现柔性及三维显示等优点,是最具竞争力的颠覆性显示技术。柔性透明电极材料对实现可弯曲、可折叠、可穿戴柔性OLED至关重要。而传统的氧化铟锡(ITO)电极弯折易碎、原材料稀少、价格逐年上升,不适合未来柔性OLED的大范围推广应用。而碳基材料具有原材料丰富、制造成本低、制备工艺简单、机械性能优越等特点,是最有前途的替代ITO的新兴柔性电极材料。其中一维碳纳米管、二维石墨烯、三维互穿网络导电聚合物等新型碳基导电材料以优异的透光性、导电性、柔性和化学可修饰性得到广泛的关注,并在光电器件领域取得了重要研究成果。对此,本文系统地介绍了碳纳米管、石墨烯和导电聚合物几种典型碳基柔性透明电极材料的光电性质、制备方法和图案化工艺,并总结了近年来基于碳基电极材料的柔性OLED研究进展,最后分析了当前柔性OLED大规模生产和应用中存在的问题,并对未来的发展方向做出了展望。     

基于石墨烯的材料化学进展

阐述了石墨烯材料化学的最新研究进展,主要包括石墨烯的化学制备、表面修饰及基于石墨烯的复合材料。 在基于石墨烯的纳米复合材料方面,着重介绍了石墨烯与有机高聚物、无机纳米粒子以及其它碳基材料的复合物,同时展望了这些材料在相关领域中的应用前景。     

烯碳纤维基能源器件的研究进展

纤维状能源器件的研究极大地推动了可穿戴电子设备的快速发展。烯碳纤维主要包括碳纳米管纤维和石墨烯纤维,其微观组成单元具有独特的碳碳共轭分子形态,宏观结构具有高度可调控性,表现出高的比强度、优良的导电性和导热性、以及良好的机械柔韧性等,被广泛应用于先进能源器件的研究和开发,有效促进了柔性可穿戴电子器件的发展。本文综述了烯碳纤维基能源器件包括能量转换和储能器件等的研究和应用进展,具体介绍了烯碳纤维基太阳能电池、湿气发电机、热电发电机、超级电容器以及电化学电池等的最新成果,重点讨论了烯碳纤维基能源器件的制备方法和可穿戴应用,分析了烯碳纤维基储能及能量转换器件面临的问题和挑战,期望能够为未来高性能纤维基可穿戴能源器件的发展提供有价值的研究思路。     

碳材料在电化学储能中的应用

电化学储能材料是电化学储能器件发展及性能提高的关键之一. 碳材料在各种电化学储能体系中都起到了极为重要的作用,特别是近期出现的各类新型碳材料为电化学储能的发展带来了新动力,并展现了广阔的应用前景. 本文综述了碳材料,特别是以碳纳米管和石墨烯为代表的纳米碳材料,在典型电化学储能器件（锂离子/钠离子电池、超级电容器和锂硫电池等）、柔性电化学储能和电化学催化等领域的研究进展,并对碳材料在这些领域的应用前景进行了展望.     

柔性复合热电材料及器件的研究进展

热电材料能够将热能与电能直接相互转化,在废热回收及绿色制冷领域中具有巨大的应用潜力。相比无机块体热电材料,柔性热电材料具有可弯折、体积小、质量轻等优点,还适用于制备可穿戴电子设备。近10年来,基于导电高分子、碳材料和无机纳米材料等的柔性复合热电材料及器件逐渐成为炙手可热的研究领域,受到了业内广泛的关注。本文综述了近年来基于不同材料体系的柔性热电材料及器件的研究进展、存在的亟待解决的问题和未来的发展方向。大量研究结果表明,材料的热电性能可以通过化学合成和分子设计战略、形貌控制及掺杂技术等进行有效的调控。研发满足实际应用需要的先进柔性热电材料仍然极具挑战性。     

超级电容器炭电极材料的研究

炭电极材料是超级电容器的核心,该领域的研究近年来相当活跃,活性炭粉、活性炭纤维、碳凝胶、碳纳米管、玻态炭、模板炭、碳化物衍生炭、石墨烯等各种多孔炭材料用作超级电容器电极材料的研究都有报道.本文概述了我们近年来在超级电容器炭电极材料方面的研究工作,主要介绍了强碱化学活化制备活性炭电极材料、纳米CaCO3模板法制备介孔炭电...     

多孔石墨烯材料

多孔石墨烯是指在二维基面上具有纳米级孔隙的碳材料,是近年来石墨烯缺陷功能化的研究热点。多孔石墨烯不仅保留了石墨烯优良的性质,而且相比惰性的石墨烯表面,孔的存在促进了物质运输效率的提高,特别是原子级别的孔可以起到筛分不同尺寸的离子、分子的作用。更重要的是,孔的引入还有效地打开了石墨烯的能带隙,促进了石墨烯在电子器件领域的应用。本文阐述了多孔石墨烯的一些基本性质和特性,并对其理论研究、制备方法和应用的研究进展进行了评述。其中,多孔石墨烯的制备方法主要包括光刻法、催化刻蚀法、化学气相沉积法、湿法刻蚀、碳热还原法、溶剂热法和自由基攻击法。多孔石墨烯优异的特性使其在能源储存与转换材料(锂离子电池、超级电容器、燃料电池等)、DNA分子检测、化学传感器、场效应晶体管、分子筛和海水淡化等领域具有非常广阔的应用前景。     

基于碳材料的纳米发电器件研究进展

如何解决能源危机已经成为全人类亟待解决的重大挑战之一,而日益严峻的环境污染问题更驱使着人们对清洁能源的迫切需求。近年来,研究人员利用微纳加工技术制备不同维度的碳基材料以捕获周围环境所蕴藏的能量,被视为是一种开发可再生清洁能源的有效途径。本文主要从不同的能量利用形式出发,介绍了不同维度的碳材料用于纳米发电器件的研究进展,同时简要阐述了碳材料纳米发电器件在可穿戴器件、传感器等领域的潜在应用。     

烯碳材料在人工肌肉领域的应用进展

随着仿生机器人、智能控制及人工智能等领域的发展,传统的机械驱动方式已无法满足相关领域对致动系统提出的柔性、高效及多源刺激响应性等要求,因此需发展新型的人工肌肉材料。以碳纳米管和石墨烯为代表的烯碳材料具有轻质、高强、高电导率和柔性等特征,在人工肌肉领域展现出了巨大的应用潜力。以烯碳材料为基元构筑宏观组装体材料,或以烯碳材料为添加相制备纳米复合材料,可在微观和宏观架起桥梁,实现烯碳材料在人工肌肉领域的应用。本文基于上述两种应用形式,综述了烯碳材料在人工肌肉领域的应用进展。首先从一维纤维和二维薄膜的烯碳人工肌肉宏观表现形态出发,介绍了既作为结构材料,又提供了响应、驱动功能的烯碳材料在人工肌肉中的应用。接着从机电性能、可编程的响应形变以及传感功能三个方向,介绍了烯碳材料作为增强赋能相在人工肌肉材料中的功能性应用。最后阐述了基于烯碳材料人工肌肉的机遇与挑战。     

石墨烯纤维：制备、性能与应用

石墨烯纤维是一种由石墨烯片层紧密有序排列而成的一维宏观组装材料。通过合理的结构设计和可控制备,石墨烯纤维能够将石墨烯在微观尺度的优异性能有效传递至宏观尺度,展现出优异的力学、电学、热学等性能,从而应用于功能织物、传感、能源等领域。目前,石墨烯纤维主要通过湿法纺丝、限域水热组装等方法制备得到,其性能可以通过对材料体系和制备工艺的优化而进一步提升。本文首先介绍了石墨烯纤维的制备方法,然后详细阐述了石墨烯纤维的性能,讨论了其性能提升策略,并总结了石墨烯纤维的应用,最后对石墨烯纤维的未来发展、挑战和前景进行了展望。     

Flexible supercapacitors based on carbon nanotubes

This review provides an overview of recent progress towards the development of flexible supercapacitors based on macroscopic carbon nanotubes-based electrodes, including one-dimensional (1D) fibers, 2D films, and 3D foams, with a focus on electrode preparation and configuration design as well as their integration with other multifunctional devices.     

Nanocarbon-Based Flame Retardant Polymer Nanocomposites

In recent years, nanocarbon materials have attracted the interest of researchers due to their excellent properties. Nanocarbon-based flame retardant polymer composites have enhanced thermal stability and mechanical properties compared with traditional flame retardant composites. In this article, the unique structural features of nanocarbon-based materials and their use in flame retardant polymeric materials are initially introduced. Afterwards, the flame retardant mechanism of nanocarbon materials is described. The main discussions include material components such as graphene, carbon nanotubes, fullerene (in preparing resins), elastomers, plastics, foams, fabrics, and film–matrix materials. Furthermore, the flame retardant properties of carbon nanomaterials and their modified products are summarized. Carbon nanomaterials not only play the role of a flame retardant in composites, but also play an important role in many aspects such as mechanical reinforcement. Finally, the opportunities and challenges for future development of carbon nanomaterials in flame-retardant polymeric materials are briefly discussed.     

Binder-free electrodes for advanced potassium-ion batteries:A review

Potassium-ion batteries(PIBs) have attracted enormous attention due to the abundance of potassium resources,low cost,fast ionic conductivity of electrolyte and relatively high operating voltage.Despite great effo rts and progress,researches on PIBs are still at the initial stage,especially in the emerging field of flexible and wearable PIBs.The inevitable challenges for PIBs include low reversible capacity,unsatisfactory cycling stability and insufficient energy density,the solution to which mostly relies on designing adva nced electrodes.Binder-free electrodes have emerged as promising electrode architecture for PIBs.Such electrodes avoid the use of insulating binders,which can be designed with various synergistic functional materials to address the aforementioned PIB issues and be endowed with flexibility/wearability.In this review,we mainly summarize the recent progress on binde r-free electrodes for PIBs,with the focus on the methodologies,detailed strategies and functional materials for electrode construction.One strategy for binder-free electrodes is to assemble free-standing architecture with the help of carbon nanotubes(CNTs),graphitic fibers,and other carbon or mechanically robust materials,either alone or in combination.The other effective strategy is current collector substrate-assisted direct growth,including the use of carbon cloth,metal.MXenes and other conductive substrates.Additionally,challenges and research opportunities are put forward at the end as the guidance for future development of binder-free PIB devices.     

碳纳米管薄膜的制备及其在柔性电子器件中的应用

近年来,柔性电子器件的发展日新月异。以碳纳米管为代表的碳纳米材料,尤其是其组装成的宏观结构碳纳米管薄膜具有良好的柔性和优异的导电性,且具有化学稳定、热稳定、光学透明性等优点,在柔性电子领域展现了极大的应用潜力。本文简要综述了近年来碳纳米管薄膜在柔性电子器件领域的研究进展。首先详细介绍了碳纳米管薄膜的两类主要制备方法,分别为干法制备和湿法制备;继而介绍了碳纳米管薄膜在多种柔性电子器件的组装、性能与应用方面的最新研究进展;最后总结了碳纳米管薄膜基柔性电子领域的发展现状,并讨论了该领域所面临的挑战及其未来前景。     

超级电容器用石墨烯薄膜：制备、基元结构及表面调控

石墨烯薄膜是一种以石墨烯纳米片为基元结构的宏观体,通过合理的结构设计和表面修饰使其具有优异的电学、力学和热学性能,将在电化学储能、电子器件、健康和环保等领域具有潜在的应用。本文主要综述了从石墨烯基元调控到二维宏观膜组装以及石墨烯薄膜在超级电容器应用中的研究进展。主要介绍了石墨烯薄膜的简易制备方法,并详细介绍了通过对石墨烯基元的结构调控和表面修饰来优化石墨烯薄膜电化学性能的两大策略,最后对石墨烯薄膜应用所面临的挑战和未来的发展进行了总结与展望。     

炭-/石墨烯量子点在超级电容器中的应用

炭-/石墨烯量子点作为新兴的炭纳米材料,因具有独特的小尺寸效应和丰富的边缘活性位点而在高性能超级电容器电极材料的研发方面展现出巨大潜力。针对目前炭-/石墨烯量子点在超级电容器电极材料方面的应用优势和存在的关键问题,本文以炭-/石墨烯量子点、量子点/导电炭复合材料、量子点/金属氧化物复合材料、量子点/导电聚合物复合材料以及量子点衍生炭这些电极材料为脉络,梳理了近年来该领域的发展状况,尝试阐释炭-/石墨烯量子点在电极材料、复合材料和衍生炭电极材料中所起到的关键作用,最后对炭-/石墨烯量子点电极材料的发展进行了展望。本综述以期为炭-/石墨烯量子点基电极材料的研究提供一定参考和依据。     

Activated carbon felts with exfoliated graphene nanosheets for flexible all-solid-state supercapacitors

Porous activated carbon felts (ACFs) with exfoliated graphene nanosheets were prepared by a simple thermal treatment strategy. They exhibit high gravimetric and areal specific capacitances as well as long-term cycling stability. Impressively, the all-solid-state supercapacitors based on ACFs electrodes deliver stable electrochemical performance even under different bending states.     

石墨烯纤维材料的化学气相沉积生长方法

石墨烯纤维材料是以石墨烯为主要结构基元沿某一特定方向组装而成或由石墨烯包覆纤维状基元形成的宏观一维材料。根据组成基元的不同可将石墨烯纤维材料分为石墨烯纤维和石墨烯包覆复合纤维。石墨烯纤维材料在一维方向上充分发挥了石墨烯高强度、高导电、高导热等特点,在智能纤维与织物、柔性储能器件、便携式电子器件等领域具有广阔的应用前景。随着化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition,CVD)制备石墨烯薄膜技术的发展,CVD技术也逐渐应用于石墨烯纤维材料的制备。利用CVD法制备石墨烯纤维可避免传统纺丝工艺中繁琐的氧化石墨烯(Graphene Oxide,GO)还原过程。同时,通过CVD法直接将石墨烯沉积至纤维表面可以保证石墨烯与纤维基底之间强的粘附作用,提高复合纤维的稳定性,同时可实现对石墨烯质量的有效调控。本文综述了石墨烯纤维材料的CVD制备方法,石墨烯纤维材料优异的力学、电学、光学性质及其在智能传感、光电器件、柔性电极等领域的应用,并展望了CVD法制备石墨烯纤维材料未来的发展方向。