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    東北林大于海鵬教授、中南林科大吳義強教授與沈陽化工趙大偉博士《AM》綜述:纖維素基柔性功能材料在智能電子中應用進展
    2020-04-28  來源:高分子科技

      柔性智能電子在個性化移動設備、人機界面單元、可穿戴醫療保健系統和仿生智能機器人等領域發揮著重要作用。當前,雖然便攜式電子器件方面的研究已取得大量的成果,但如何減少不可再生和不可降解材料的使用,同時兼具綠色環保性、可再生性、多功能性與生物相容性依然存在著挑戰。


      纖維素是一種天然的生物高分子材料,具有成本低、可再生、可降解、可化學改性、易加工等優點,并具有良好的機械力學性、介電性、壓電性和可轉化性。東北林業大學的于海鵬教授長期從事基于林木生物質的功能材料開發,前期曾提出在纖維素分子水平進行調控和結構設計,制備出介孔型纖維素聚電解質隔膜并應用于柔性儲能器件(Adv. Energy Mater., 2017, 7, 1700739);設計出可切換拓撲網絡與圖靈結構的纖維素離子凝膠,并構建出仿人體皮膚的靈敏傳感材料和電子器件(Matter, 2020, 2, 390);綜述與評論了從樹木中提取的納米纖維素在超級電容器、鋰離子電池等能量儲存領域的研究現狀及發展前景(Chem. Soc. Rev., 2018, 47, 2837)。


      近日,東北林業大學于海鵬教授團隊與中南林業科技大學吳義強教授、沈陽化工大學趙大偉博士合作,在《先進材料》(Advanced Materials)期刊撰寫了題目為“Cellulose-Based Flexible Functional Materials for Emerging Intelligent Electronics”的綜述論文。


    圖1.纖維素基柔性電子器件的發展概圖


      文章以纖維素的獨特分子結構和納米單元(納米晶、納米纖維、納米片、納米組裝體)、水凝膠、氣凝膠、碳材料及混雜結構等為切入點,闡述了結構-性能-應用之間的關系,以及作為柔性基底、粘合劑、介電層、凝膠電解質和柔性電極等功能組件應用于柔性電子器件中的優勢,分析了纖維素材料的結構特性與先進制造策略相結合來發展柔性電子器件的前沿動態,系統總結了近年來纖維素基功能材料在柔性傳感器、太陽能電池、場效應有機薄膜晶體管、納米發電機、電化學儲能裝置、仿生電子皮膚和生物檢測器件等柔性智能電子領域的發展情況與最新研究進展。


    圖2.纖維素分子形態、納米結構與形貌


    圖3.與先進制造技術相結合發展柔性電子器件


    圖4.纖維素基柔性傳感器與仿生電子皮膚


    圖5.纖維素基柔性儲能器件


    圖6.纖維素基柔性納米發電機


    圖7.纖維素基柔性有機薄膜晶體管


    圖8.纖維素基柔性射頻識別器件(RFID)


    圖9.纖維素基柔性薄膜光伏電池器件


    圖10.纖維素基微型醫療器件


      文章最后探討了纖維素在可穿戴器件與生物電子領域的一些發展思路:


      1)采用元素替換、組分摻雜、分子水平上的自組裝和界面結構設計,來賦予纖維素材料更多新穎性質,如共軛電子電導率、本征電化學活性、高離子遷移率以及與皮膚、肌肉和組織的延展性和響應性,進而研發多功能集成的柔性智能電子器件;


      2)結合體內復雜環境,開發易降解、生物相容性強的可穿戴藥物/細胞傳輸系統和人工電子皮膚;


      3)引入蛋白質、DNA等結構基序,研發性能可設計的纖維素離子凝膠,擴展其在生物電子器件領域的應用。


      論文連接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202000619

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    (責任編輯:xu)
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