?寧波材料所陳濤研究員團(tuán)隊開發(fā)出Janus導(dǎo)電復(fù)合薄膜

?寧波材料所陳濤研究員團(tuán)隊開發(fā)出Janus導(dǎo)電復(fù)合薄膜

二維非對稱（Janus）薄膜材料因其獨特的物理/化學(xué)性質(zhì)，在柔性傳感、能源存儲與轉(zhuǎn)換、仿生驅(qū)動器等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用價值，近年來受到了越來越廣泛的關(guān)注和研究。為實現(xiàn)二維Janus薄膜材料在特定領(lǐng)域的應(yīng)用，功能單元的選擇、界面集成和功能協(xié)同極為關(guān)鍵。
碳納米材料（碳納米管、石墨烯等）因其優(yōu)越的物理、化學(xué)以及電學(xué)性能，被認(rèn)為是一種理想的導(dǎo)電、導(dǎo)熱功能單元材料。而高分子材料則具有碳材料所不具備的可拉伸性、化學(xué)功能性、刺激響應(yīng)性等性質(zhì)。因此如何將二者進(jìn)行有效的界面結(jié)合，并實現(xiàn)其功能協(xié)同性應(yīng)用具有重要意義。
為此，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所陳濤研究員團(tuán)隊開展了一系列工作。為實現(xiàn)碳納米材料的可控、高效組裝，科研人員發(fā)展了一種水-空界面毛細(xì)力誘導(dǎo)擠壓的方法，構(gòu)建了大面積、可任意轉(zhuǎn)移的碳納米管薄膜（Chem.Mater.，2016，28，7125）。進(jìn)一步研究人員發(fā)現(xiàn)，所獲得碳納米管薄膜在經(jīng)過后續(xù)的可控陳化組裝后，可在水-空界面實現(xiàn)非對稱的親疏水性（Chem.Commun.，2018，54，12804）。這種具有非對稱親疏水性的碳納米管薄膜可作為一種重要的活性功能平臺進(jìn)行后續(xù)的界面非對稱復(fù)合，實現(xiàn)柔性可拉伸的傳感器件（Adv.Mater.Interfaces 2016，3，1600170;J.Mater.Chem.C，2018，6，6666）。
基于上述研究，最近，研究人員以水-空界面陳化組裝所得到的碳納米管進(jìn)行原位的聚二甲基硅氧烷彈性體的非對稱界面可控集成，獲得了超薄、可拉伸、自粘附、自適性的Janus導(dǎo)電復(fù)合薄膜。通過調(diào)控導(dǎo)電單元和彈性單元的相對組成，可有效實現(xiàn)厚度、粘附性、導(dǎo)電性的有效調(diào)控。所得到的Janus超薄膜可沿著皮膚紋路緊密貼附，其可作為表皮電子器件，實現(xiàn)對人體肢體運動、生理脈搏信號的實時高靈敏檢測。還可作為自粘附的非支撐器件，對外界的非接觸性信號，如氣流抖動、微弱氣壓變化、空氣振動等實現(xiàn)高效探測。此外，所制備的Janus超薄膜具有良好的氣動驅(qū)動的性質(zhì)，可在微小的氣壓下實現(xiàn)可控驅(qū)動行為?；谶@些優(yōu)異的性質(zhì)，研究人員構(gòu)建了一種仿青蛙鳴囊的自傳感驅(qū)動器，能在氣動驅(qū)動下進(jìn)行可控的驅(qū)動，驅(qū)動的過程中對碳管的拉伸會轉(zhuǎn)化為電信號進(jìn)行輸出，在智能仿生皮膚領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用價值（ACS Nano，2019，DOI:10.1021/acsnano.8b09600）。
以上工作得到了國家自然科學(xué)基金（51573203）、中科院前沿科學(xué)重點研究項目（QYZDB-SSW-SLH036）、中科院國際合作重點項目（174433KYSB20170061）的資助。

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