弄皱的石墨烯形成可伸展的超级电容器,以电源柔性电子设备

皱折的石墨烯可以形成可拉伸的超级电容器

为了形成弄皱的石墨烯,在两个尺寸中拉伸一片聚合物材料,然后将石墨纸粘合到其中。当聚合物在一个方向上释放时,石墨烯形成褶皱,如扫描电子显微镜(SEM)截取的底部左图像所示。然后,当沿另一个方向释放时,它形成混沌皱折的图案(左上角)。在右上,SEM图像显示部分弄皱状态的材料。在右下方,折被弄皱然后扁平的件的SEM图像。

工程师的新研究麻省理工学院详细说明二维碳“纸”如何形成可伸展的超级电容器,以便为电源柔性电子设备。

当有人把一张纸揉皱时,通常意味着它马上就要被扔掉了。但研究人员现在发现,把一块石墨烯“纸”——一种将二维碳层结合在一起形成的材料——实际上可以产生新的特性,可以用于制造可伸缩的超级电容器,为柔性电子设备存储能量。

在COTSICIFIC REPARTS中报告了该发现由麻省理工学院的宣良赵是机械工程和民营工程和其他四位作者的助理教授。团队说,新的灵活超导体应该简单且廉价地廉价。

“很多人正在探索石墨烯论文:这是制造超级电容器的好候选人,因为它的表面积大,”赵说。现在,他说,柔性电子设备的开发,例如可穿戴或可植入的生物医学传感器或监控设备,需要灵活的蓄电系统。

和电池一样,超级电容也可以储存电能,但它们主要是通过静电而不是化学方式储存的,这意味着它们比电池传递能量的速度更快。现在赵和他的团队已经证明,通过将一张石墨烯纸揉成一团混乱的褶皱,他们可以制作一个超级电容器,它可以很容易地弯曲、折叠或拉伸到原来大小的800%。该团队用这种方法制作了一个简单的超级电容器,作为原理证明。

该材料可以皱褶并趋于趋于平坦,团队已经证明,没有显着的性能损失。“石墨烯纸非常坚固,”赵说,“我们可以通过多周期达到非常大的变形。”石墨烯,纯碳结构只有一个原子它的碳原子以六角形排列,是已知的最强的材料之一。

为了使弄皱的石墨烯纸,将一张材料置于第一件的机械装置中,该机械装置在一个方向上将其压缩,产生一系列平行的褶皱或褶皱,然后在另一个方向上,导致混沌弄皱的表面。拉伸时,材料的褶皱简单地平滑了自己。

形成电容器需要两个导电层 - 在这种情况下,两张皱巴巴的石墨烯纸 - 与间之间的绝缘层,在该示范中由水凝胶材料制成。与弄皱的石墨烯一样,水凝胶高度可变形且伸展,因此即使在弯曲和拉动的同时也保持三层。

赵说,虽然最初的演示是为了制造超级电容器,但同样的揉皱技术可以应用到其他方面。例如,皱褶的石墨烯材料可以用作柔性电池的电极,也可以用来制作可伸缩的传感器,用于检测特定的化学或生物分子。

“这项工作对我来说真是令人兴奋,令人惊叹,”澳大利亚蒙纳士大学材料工程教授丹李说,澳大利亚州的材料工程教授,他没有参与这项研究。他说,该团队“提供了一种极其简单但高效的概念,通过控制多层石墨烯薄膜对超级电容器进行可拉伸电极。”虽然其他团体制造了灵活的超级电容器,但他说:“制造超级电容器可伸展是一个巨大的挑战。本文提供了一种非常聪明的方式来解决这一挑战,我认为将带有更近的可穿戴的能量存储设备。“

该研究团队还包括华中科技大学的臧剑锋、杜克大学的曹长阳、冯亚英和刘杰。本研究得到了海军研究处、国家自然科学基金和国家“千人计划”的支持。

出版物:臧剑锋,等,“石墨烯折叠纸的可拉伸高性能超级电容器”,《科学报告》4,论文号:6492;doi: 10.1038 / srep06492

图像:臧剑锋等。

1条评论关于“卷曲的石墨烯形成可拉伸的超级电容器为柔性电子设备供电”

  1. 与他们的帷幔。优秀的双重义务!

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