【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，山東大學(xué)集成電路學(xué)院研究員王凌云與化學(xué)與化工學(xué)院教授于偉泳聯(lián)合，在高性能導(dǎo)電聚合物電極研究中取得重要進(jìn)展，相關(guān)成果以“Highly Robust and Conductive Polymer Electrodes for Droplet Energy Harvesting and Printable On-Skin Electronics”為題發(fā)表在國際期刊Advanced Materials(DOI：10.1002/adma.202506511，影響因子27.4)。山東大學(xué)為該論文的第一完成單位，王凌云研究員、于偉泳教授，大連工業(yè)大學(xué)副教授王宇，香港城市大學(xué)教授Walid Daoud為論文的共同通訊作者，山東大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院博士研究生荊兆旭為第一作者。
柔性電極的設(shè)計(jì)與優(yōu)化是實(shí)現(xiàn)高性能柔性電子器件功能集成與穩(wěn)定運(yùn)行的核心要素，導(dǎo)電聚合物的研究推動了柔性電極的發(fā)展。為了在不犧牲力學(xué)性能的前提下實(shí)現(xiàn)高導(dǎo)電性，本工作設(shè)計(jì)了一種雙連續(xù)導(dǎo)電聚合物電極(BC-PE)，將n型導(dǎo)電聚合物聚苯并二呋喃二酮(PBFDO)作為導(dǎo)電相，熱塑性聚氨酯為機(jī)械相。通過溶劑蒸發(fā)誘導(dǎo)的相分離，促使BC-PE展現(xiàn)出連續(xù)的導(dǎo)電相和機(jī)械相，實(shí)現(xiàn)了高于60 S cm-1的電導(dǎo)率，大于600%的斷裂伸長率，超過230 MJ m-3的韌性，且具有良好的生物相容性、可回收性、環(huán)境穩(wěn)定性和機(jī)械耐久性等特性。
圖1. BC-PE的制備過程和結(jié)構(gòu)表征
鑒于BC-PE具有優(yōu)異的導(dǎo)電性和力學(xué)性能，團(tuán)隊(duì)制備了基于BC-PE的柔性水滴能量收集器件，實(shí)現(xiàn)了29.2 A m-2的超高瞬時電流密度和1124.2 W m-2的瞬時功率密度。此外，將BC-PE作為導(dǎo)電油墨，采用直寫打印技術(shù)開發(fā)了基于BC-PE的電子皮膚，構(gòu)建了用于控制視頻播放狀態(tài)的人機(jī)交互系統(tǒng)。這些結(jié)果表明高性能BC-PE推動了柔性能量收集技術(shù)和可穿戴電子技術(shù)的發(fā)展。
圖2. BC-PE的各項(xiàng)優(yōu)勢并應(yīng)用于水滴能量收集器件和表皮電子器件
另外，研究團(tuán)隊(duì)還研發(fā)了一種高透明、柔性、穩(wěn)健和可擴(kuò)展的水滴能收集器件，可以任意貼附于平坦或曲率物體表面，且易于與太陽能電池集成，實(shí)現(xiàn)多源環(huán)境能量的協(xié)同轉(zhuǎn)化和高效利用；同時還可以實(shí)現(xiàn)自供電的酸雨監(jiān)測。該多功能水滴能收集器件可廣泛應(yīng)用于智慧城市、智能農(nóng)業(yè)及戶外可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域，研究成果以“A multifunctional droplet energy harvester enabled by ionogel electrodes”為題發(fā)表在國際期刊Nano Energy(影響因子16.8)，山東大學(xué)集成電路學(xué)院為第一完成單位，王凌云研究員為第一作者，于偉泳教授、化學(xué)與化工學(xué)院副研究員楊一瑩，王宇副教授，Walid Daoud教授為論文的共同通訊作者。
團(tuán)隊(duì)近期在圍繞基于柔性功能材料的柔性可穿戴智能器件的研究方面取得了系列進(jìn)展。研制了一步法靜電紡絲制備無鉛鈣鈦礦納米纖維膜基摩擦納米發(fā)電機(jī)器件，應(yīng)用于可穿戴智能跌倒報(bào)警系統(tǒng)(Journal of Colloid and Interface Science, 2025, 696, 137836)。研制了一款基于光致變色材料的紫外線強(qiáng)度監(jiān)測手環(huán)，可以同時收集人體生物力學(xué)能量來為小型電子器件供電(Nano Energy, 2024, 126, 109679)。此外，團(tuán)隊(duì)研制了具有高離子電導(dǎo)率、自粘、柔韌等特性的雙網(wǎng)絡(luò)基離子凝膠表皮生物電極用于人體電生理信號(心電、肌電)監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)了高于商業(yè)電極的信噪比及信號檢測質(zhì)量，且不易受環(huán)境影響(Journal of Colloid and Interface Science, 2025, 684, 272-282)。
上述研究工作得到山東省海外優(yōu)青項(xiàng)目、山東省自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、泰山學(xué)者青年專家等基金項(xiàng)目的資助。
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