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江南大学刘天西教授团队1个月内发表2篇电纺丝高质量论文

公司新闻    2022-03-30 13:47

 

刘天西,江南大学“至善特聘教授”,博士生导师。主要研究方向:高分子纳米复合材料、气凝胶功能复合材料、纳米纤维及其复合材料、纳米能源复合材料及器件。在Adv.Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.、Nat. Commun.等期刊发表SCI论文300余篇,他引2万余次,H因子80。

黄云鹏,江南大学化学与材料工程学院副教授,硕士生导师。主要从事功能聚合物纤维复合材料的开发,以及面向个人健康管理的柔性可穿戴电子器件的研究工作。迄今已在Nano Energy、J. Mater. Chem. A、ACS Appl. Mater. Interfaces等学术期刊发表SCI论文90余篇,其中以第一作者及通讯作者身份发表SCI论文27篇,总引用次数4900余次,H指数为39。

 

本文梳理了刘天西教授&黄云鹏副教授团队2022年3月在静电纺丝领域发表的2篇重要研究成果。

 

1、Adv. Fiber Mater.:具有取向多孔结构的耐压缩、轻质MXene/碳纳米纤维气凝胶用于高效储能

 

二维MXene材料具有类石墨烯的优异导电性、高比表面积和金属氧化物的高比容量和能量密度,是构建新型高性能超级电容器电极的理想材料。但是,MXene片层会发生严重的堆叠现象,这种现象很大程度上降低电化学活性面积。

 

鉴于此,3月4日,江南大学刘天西教授&黄云鹏副教授在期刊《Advanced Fiber Materials》上发表了题目为“Compressible and Lightweight MXene/Carbon Nanofber Aerogel with 'Layer‑Strut' Bracing Microscopic Architecture for Efficient Energy Storage”的文章,江南大学刘天西教授&黄云鹏副教授制备了一种具有取向“层-柱”微观多孔结构的Ti3C2Tx/碳纳米纤维(CNF)复合气凝胶,并将其应用于超级电容器电极。首先使用北京永康乐业静电纺丝机制备了短切PAN纤维为交联剂和插层单元,通过协同组装Ti3C2Tx片层与PAN纤维构建了均匀的交联网络,解决了MXene的堆叠问题,然后,利用冷冻干燥和碳化的方法制备了具有取向多孔结构的Ti3C2Tx/CNF复合导电气凝胶。

 

图1 制备取向“层-柱”微观多孔结构Ti3C2Tx/CNF复合气凝胶流程图。

 

Ti3C2Tx/CNF气凝胶内部高度有序的微孔结构,以及MXene薄层之间CNF的穿插和支撑作用,该复合气凝胶表现出优异的耐压缩性能和高回弹性。此外,3D互连导电网络和平行排列的多孔结构为高效的电子传输和离子迁移提供了有利条件。Ti3C2Tx/CNF气凝胶在作为柔性超级电容器电极时,在0.5 A g-1的电流密度下显示出268 F g-1的高比容,组装的对称超级电容器器件在6000 W kg-1下表现出3.43 Wh kg-1的高能量密度。因此,本工作为制备高性能MXene基储能电极材料提供了新方法。

 

图2 Ti3C2Tx/CNF复合气凝胶电极的电学性能。

 

 

 

2、Nano Energy:超可拉伸织物基表皮电极用于自清洁和健康监测

 

目前,商用应力/应变传感器具有脆性,在磨损设备中的效果并不好。将先进的导电纳米材料与可拉伸的支撑基板结合,是一种获得可拉伸的柔性应变传感器导体的通用方法。然而,昂贵的导电纳米材料的消耗很大程度上阻碍了这种应变传感器的推广。

 

3月21日,江南大学刘天西教授、黄云鹏副教授课题组在《Nano Energy》上发表题目为“Ultra-Stretchable and Superhydrophobic Textile-Based Bioelectrodes for Robust Self-Cleaning and Personal Health Monitoring”的文章,江南大学刘天西教授、黄云鹏副教授课题组使用北京永康乐业静电纺丝机制备了电纺SEBS非织造布,将炭黑/碳纳米管(CB/CNT)复合材料均匀锚定电纺SEBS非织造布上,然后在导电层顶部均匀喷涂全氟辛基三乙氧基硅烷改性的 TiO2 纳米颗粒(PFOTES-TiO2 NPs),成功地构筑了一种超可拉伸、具备优异健康监测性能和出色自清洁能力的织物基表皮电极。用于皮肤贴附生物电极的导电纺织品在个人健康监测中表现出了卓越的性能,包括超宽的检测范围为1050.0%,可穿戴式应变传感器的极高GF值高达1134.7,以及出色的心电检测能力。此外,生物电极还具有良好的防污性能和抗各种腐蚀性流体甚至严重机械损伤的能力,确保了其在恶劣环境下的长期运行稳定性。

图1. 超可拉伸和超疏水纺织生物电极的制备过程示意图。

 

CB/CNT混合导电网络牢固地锚定在纤维表面,通过两种纳米粒子的协同贡献,在超高变形下促进有效的电荷转移,从而同步产生宽工作范围(1050.0%)、高GF值(1134.7 )、超低传感极限 (0.18%),以及在用作可穿戴应变传感器时实时监测各种人类活动的出色能力。

图 2. 表皮电极的ECG和EMG监测性能测试。

 

 

 

综上,刘天西教授团队通过使用北京永康乐业静电纺丝机开发了新型纳米纤维,1个月内成功发表了2篇高质量文章。

 

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