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常州大学丁建宁教授团队在国际顶级学术期刊《科学》(Science)杂志发表论文

近日,常州大学、江南石墨烯研究院外籍院士工作站与美国德州大学达拉斯分校等国际团队合作,成功将普通的橡胶复合碳纳米管材料制成超弹性导电体。相关成果于7月24日在线发表于国际顶级学术期刊《科学》(Science)杂志,超弹性导电体为机械、电子发展带来新机遇,引起了业界广泛关注。

近日,常州大学、江南石墨烯研究院外籍院士工作站与美国德州大学达拉斯分校等国际团队合作,成功将普通的橡胶复合碳纳米管材料制成超弹性导电体。相关成果于7月24日在线发表于国际顶级学术期刊《科学》(Science)杂志,超弹性导电体为机械、电子发展带来新机遇,引起了业界广泛关注。

这种新型弹性导电体最大拉伸可达14倍,电阻保持不变,其电导率随拉伸可增加200倍。使用该弹性导电体,该团队制作了电容式传感器和人工肌肉。随拉伸该电容器的能量储存能力可增加10倍。该团队制备的弹性导电体可用作大形变电子电路、大形变的机器人和外骨骼、变体飞行器、大形变应变传感器、心脏起搏器导电体、和充电设备的大形变导电体等。这种材料与传统弹性导电体相比的优势之一是将大弹性形变与电阻稳定性有机地统一起来。丁建宁教授用橡胶和碳纳米管介绍了这种弹性导电体的制作方法——把超轻的碳纳米管导电薄膜缠绕在橡胶芯上,形成了类似于蛋卷的结构。通过把碳纳米管导电层制成复杂的褶皱结构,在弹性导电体拉伸过程中导电层的总长度就没有变化,实现了这种弹性纤维拉伸过程中非常稳定的电学性能。

整个研究工作是常州大学、江南石墨烯研究院外籍院士工作站和美国德州大学达拉斯分校麦克德尔米德纳米技术研究所及来自天津理工大学的科学家们等共同完成。常州大学江苏省低维材料微纳器件与系统科技创新团队、江苏省太阳能电池材料与技术重点实验室、江苏省光伏工程科学国家重点实验室培育建设点、江苏省2011光伏科学与工程协同创新中心的丁建宁教授团队作为主要完成人参与了这项研究。项目得到了江苏省优势学科(新能源材料科学与工程)建设工程项目的资助。

丁建宁教授认为,“这些弹性导电体的应用空间巨大,因为目前最先进的人形机器人、义肢及可穿戴的外骨骼一直受限于材料弯曲与大形变拉伸限制。弹性导电体可用于制造可拉伸的医疗设备,实现与人体组织的完美结合,通过包裹不规则的弧形表面大幅的增加出点,可获得更准确地诊断数据和治疗效果。另外,此种大形变弹性材料在仿生柔体机器人、可穿戴电子设备、柔性太阳能电池等新能源器件以及工业传感器等方面有巨大的应用前景”。(编辑 郁涛)

原文地址:http://www.sciencemag.org/content/349/6246/400.abstract

Science24July2015;Vol.349no.6246pp.400-404;DOI:10.1126/Science.aaa7952

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