基于碳纳米材料的柔性透明导电薄膜研究进展

随着电子器件的便携化发展,柔性电子器件越来越引起人们的关注.透明导电薄膜同时具有良好的导电性和光学透过性,已作为电极被广泛应用于光电功能器件领域.然而,目前普遍使用的透明导电材料氧化铟锡(ITO)由于含有储量有限的铟元素而存在成本高的问题,并且由于氧化物本身的脆性,其所制薄膜的柔性也不理想,并不能完全满足目前柔性电子器件的发展要求.因而,对于可替代ITO的其他廉价、可大量制备、具有优异性能的柔性透明导电薄膜的研究近年来受到研究者的广泛关注.碳纳米材料因同时具备高的电子传输率、透光率以及良好的机械柔性可以满足目前柔性电子器件的应用需求,此外,碳纳米材料更具备来源广泛、制备方式灵活多样等特有优势,可以降低材料和生产成本,因而更具有实用价值.本文简要综述了近几年基于碳纳米材料(以碳纳米管和石墨烯为主)的柔性透明导电膜的研究工作,结合材料制备和性能调控以及薄膜制备(特别是连续化制备)的方法,阐述了该领域最近的研究成果及应用,最后简要讨论了基于碳纳米材料的柔性透明导电薄膜目前存在的问题及可能的发展方向.     

导电高分子生物材料在组织工程中的应用

导电高分子材料在具有良好生物相容性的同时,其优异的导电性还可以通过电刺激促进聚合物-组织界面处的细胞黏附、增殖和分化,从而促进组织生长,所以导电聚合物材料在组织工程领域受到了越来越多的重视.单组分导电高分子,如聚苯胺(PANi)、聚吡咯(PPy)、聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)及其衍生物,具有良好的生物相容性和优异的导电性,但其较脆且不易加工,限制了其在组织工程领域中的应用.因此,研究开发了基于上述导电高分子和生物相容性可降解聚合物的复合导电聚合物材料,其在具有良好生物相容性和导电性的同时,还具有优异的加工性.本文将总结在组织工程中应用的多种复合导电聚合物材料,包括导电聚合物薄膜、导电纳米纤维、导电水凝胶和导电复合3D支架.此外,组织工程领域的研究表明复合导电高分子材料主要可应用于骨组织工程、肌肉组织工程、神经组织工程、心脏组织工程和皮肤伤口愈合等方面,我们也将对以上方面的应用进行详细论述.     

高电导透明碳纳米管薄膜的制备及其在有机发光二极管中的应用

目前,透明导电的氧化铟锡(ITO)薄膜,广泛应用在平板显示、太阳能电池、发光二极管、特殊功能窗口涂层及其他光电领域.但是由于其在价格和柔性等方面的限制,使得ITO薄膜成为发展柔性电子学的障碍之一.作为一维纳米材料的典型代表,单壁碳纳米管具有很多优异而独特的光学、电学和机械学特性,呈现出广泛的应用前景.由于在导电、透光和柔性方面都呈现良好的特性,     

直流溅射法制备电致变色NiO_x膜

材料在外电场或电流的作用下,发生可逆的色彩变化叫电致变色(Electrochromic)现象.电致变色材料在大面积显示、调光囱户(Smart window)以及信息的(彩色的和连续的)贮存等领域,有很好的应用前景.目前研究的重点是若干过渡金属氧化物及其水合物的电化学变色性(Electrochemichromism),其工作模式是:将这些材料制成覆盖在导电(透明)衬底上的薄膜,并成为电池的一个电极,给电极施加电压后,薄膜两侧同时分别注入(或抽取)电子和离     

多层复合透明导电薄膜研究进展

透明导电薄膜(TCF)兼具良好的导电性和透光性,已作为电极被广泛应用于光电器件领域.目前普遍使用的透明电极主要是铟锡氧化物(ITO)和掺铝氧化锌等透明导电氧化物(TCO)薄膜,但由于ITO的生产需要稀缺原材料铟,而其他TCO薄膜的导电性和可见光透明性尚需提高,并且由于氧化物材料固有的脆性,TCO薄膜的柔性较差,不能完全满足当前柔性电子器件的发展需求.因而,对于具有优异性能的无铟、柔性TCF的研究近年来受到研究者的广泛关注.基于介质/金属/介质结构的多层复合TCF同时具有高的电导率、透光性以及良好的机械柔性,可以满足目前柔性电子器件的应用需求,而且其还具有功函数可通过选择介质层材料调节、可利用连续的卷对卷技术室温下在廉价塑料衬底上沉积等独特优势,因而更具实用价值.本文简要综述了近几年基于介质/金属/介质结构的多层复合TCF的研究工作,首先分析了其透光率和面电阻对各层材料种类及厚度的依赖关系,然后介绍了多层复合TCF的结构类型,接着讨论了改善其综合光电性能的技术,最后分析了其在光电器件领域应用时应考虑的其他重要性质.     

聚苯胺溶液的非线性光学效应的研究

由于导电聚合物具有快速响应(10~(-13)s)和非常大的三阶非线性光学系数(10~(-9)-10~(-12)esu)以及它在快速的光开关、非线性记忆元件和光学晶体管等方面的应用前景。因而,最近几年对导电聚合物的三阶非线性光学效应的研究非常活跃。聚苯胺(PANI)由于它独特的掺杂机制,优异的物理化学特性、良好的稳定性以及诱人的应用前景使它成为当今导电聚合物的研究热点。关于PANI及其衍生物的非线性光学效应已有一些报道,我们也研究了聚苯胺膜的三阶非线性光学效应。但是,对其非线性光学     

碳纳米管液相分离方法及其在电子器件领域的应用

独特的结构赋予了单壁碳纳米管(SWNTs)优异的电学特性,使其在纳电子器件和柔性器件领域具有广阔的应用前景.现有的合成方法尚无法实现单一导电特性的SWNTs的宏量制备,制约了其在电子器件领域的应用.为了获得单一导电性质的SWNTs,发展了多种分离方法,其中液相分离方法具有宏量分离的能力和实用化的潜力,主要包括电泳法、密度梯度离心法、管壁修饰法、凝胶色谱法和萃取法等.本文从SWNTs的结构出发,阐述各种液相分离方法的原理及适用范围,介绍高纯半导体性碳纳米管在电子器件领域的应用,并对液相分离SWNTs的发展前景及挑战进行了展望.     

碳纳米管在热管理材料中的应用

碳纳米管由于具有优异的导热、导电和机械性能,为开发多功能导热材料提供了技术支持.本文综述了近年来碳纳米管在热管理材料领域的研究现状,探讨了碳纳米管在改性导热填料、各向异性碳纳米管薄膜导热膜材料以及复合热界面材料的研究与应用现状,并提出高密度、高取向碳纳米管薄膜及大管径碳纳米管阵列复合薄膜材料有望成为解决未来高频、高速器件、柔性器件等散热问题的优良材料体系之一.     

掺杂聚合物对有机薄膜二极管整流特性的影响

近几年来,人们对有机材料尤其是带有π共轭双键的导电聚合物产生了极大兴趣,因为这类导电聚合物在结构上具有和无机半导体(如Si等)材料的相似性,而且还可根据一定的设计要求,通过改变它们的聚合度来获得所需要的能带宽度.另外,可通过极为方便的甩胶涂膜(RC)或浸没涂膜(DC)等方法对这些聚合物进行制膜.目前,人们已经用聚合物材料制成了具有不同功能的有机薄膜晶体管,如Schottky门电路和绝缘门电路薄膜晶体管.在这些聚合物中,特别引人注目的是聚烷基噻吩.它不仅是一种可溶性的导电聚合物,而且还具有独特的物理化学特性,如热致变色、溶致变色现     

基于钌复合物和多晶三氧化钨的电致变色近红外光衰减器

组装并表征了一种基于双核钌复合物/多晶三氧化钨的电致变色近红外光衰减器. 实验结果表明, 用钌复合物的溶液作为多晶三氧化钨的配对电致变色材料可以提高器件的性能. 与不含钌复合物的光衰减器相比, 基于钌复合物/多晶三氧化钨的器件对1550 nm波长光的调制能力可以从19.1 dB提高至30.0 dB, 电致变色效率从29.2 cm²/C提高至121.2 cm²/C.     

有机平面pn异质结发光二极管材料与器件

有机发光二极管(OLED)在新型显示和固态照明等领域有着广泛的应用潜力,在可穿戴设备、手机、电视等显示产品上已经实现了较大规模的商业化应用,未来预计在柔性显示领域将具有更为突出的应用前景.为进一步降低OLED材料与器件的制备成本,近些年来,大量的研究聚焦于开发不含有稀有金属、兼具低成本和高性能优势的OLED材料与器件.本文综述了基于纯有机半导体材料、利用层间电荷转移来构筑OLED的研究进展,着重讨论了有机平面pn异质结发光二极管(pn-OLED)概念的提出,以及相应的有机半导体材料与器件等方面的进展,并对该类型器件目前发展中遇到的问题,以及将来在发光晶体管、电泵浦激光器等领域潜在的应用进行了讨论.     

新型光电功能器件的科学前沿和应用

正有机、有机/无机复合光电器件近年来发展迅猛,并且已经逐步走进我们的生活,在信息显示领域(如可折叠柔性显示屏)和新能源领域(如太阳能电池)应用广泛.中国学者在此领域作出了重要贡献.为了集中展示该领域的发展,《科学通报》组织"光电功能材料和器件专题",邀请国内专家和学者,结合自己的研究工作撰写文章,对光电材料和器件的发展进行梳理和总结,并对发展前景进行展望.该专题共包含10篇文章.     

碳基柔性电极的结构设计、制备和组装

柔性电子器件日益流行,给人们的日常生活带来了巨大的变革,同时也激发了柔性储能器件的设计和研制,其中,柔性锂离子电池引起了广泛的关注.为了获得柔性储能器件,首先需要制备柔性电极,即要求在反复变形状态下,电极能够保持优异的力学和电学性能.碳材料具有优异的力学性能和导电性,不仅能够直接制备柔性电极,还能够与活性材料复合,作为基底提供自支撑的导电网络.但是"刚性"的活性材料与"柔性"基底从力学和形态本质上均不匹配,二者的复合、组装、制备方法及其结合强度直接影响电池的电化学性能.本文综述了近年来碳纳米管、碳纳米线、石墨烯、石墨炔及碳布等碳基柔性电极的发展情况,着重分析了自支撑柔性电极的制备方法、结构特征与电化学性能的关系,同时简要总结了目前几种典型结构的柔性锂离子电池,探讨了碳材料柔性电极面临的挑战,并对其未来发展方向进行了展望.     

导电高分子微米/纳米结构材料

微米/纳米结构化的导电高分子材料不仅具有导电高分子自身的特性, 同时兼具微结构赋予的特殊功能, 从而在光、电子微型器件, 高效、快速感应器件, 微型电化学器件等方面具有广泛的应用前景. 本文着重从软、硬模板合成技术等方面综述了近几年导电高分子微米/纳米结构的制备方法, 讨论了两种技术的优缺点. 介绍了一系列导电高分子微米/纳米结构材料, 并对该研究领域进行了展望.     

石墨烯导电墨水研究进展:制备方法、印刷技术及应用

传统印刷技术与微电子制造的交叉技术——印刷电子技术的发展得益于微纳米材料制备技术的成熟.二维纳米碳材料石墨烯由于其独特的结构和突出的性能,可与传统金属或高聚物材料共同作为导电墨水主要导电组分.本文讨论了目前石墨烯导电墨水制备中的关键问题、不同制备方案及其优劣之处;评述了石墨烯导电墨水印刷工艺的研究进展,包括传统印刷技术和新型印刷技术中的应用与难点.最后,总结了石墨烯导电墨水在柔性功能器件(基本电路元件、能量存储和力学/化学传感器件等)中的应用现状.     

一种新型丝状光阳极集成的光电致变色器件

提出了一种新型丝状光阳极集成的光电致变色器件, 研究了器件在着色态和褪色态的透过光谱. 结果表明, 器件在褪色态时平均透过率是68.0% (400~1100 nm), 在着色态时平均透过率是26.1% (400~1100 nm), 器件在736 nm处最大光谱调控范围在81.9%~30.3%之间变化. 与传统结构的光电致变色器件相比, 新型结构的光电致变色器的光谱调控范围进一步显著拓宽, 解决了传统结构的光电致变色器件在褪色态时透过率低的缺点.     

自愈合柔性储能器件研究进展

柔性储能器件由于具有可弯曲、折叠、拉伸等特点而广泛应用于智能皮肤及柔性可穿戴器件等领域.但是储能器件在柔性变形过程中会导致电极材料产生微裂纹甚至脱落,显著降低储能器件的电化学性能及使用寿命.自愈合的柔性储能器件通过在材料中引入愈合剂或者可逆化学键,致使材料在发生机械损伤时自动愈合,恢复材料的微观机械结构及电导率,进而实现储能器件的机械柔韧性及电化学性能的修复.本文总结了自愈合机理,针对柔性储能器件主要介绍了基于可逆非共价键及共价键诱导的具有自愈合功能的柔性电极、电解质、基底和封装材料的发展现状,最后总结探讨了自愈合柔性储能器件所面临的挑战及未来发展方向.     

具有钙钛矿结构的分子铁电体研究进展

铁电材料是一类重要的功能性材料,由于其特殊的可翻转的自发极化,铁电材料在能源、信息、传感、医学等领域都有着广泛的应用.自20世纪以来,具有钙钛矿结构的铁电材料由于其优异的性质一直活跃在应用的舞台上,而其中应用较为广泛的几乎都是无机钙钛矿材料.近年来,随着科学技术的发展,人们发现了众多具有钙钛矿结构的分子铁电体.这些新型的分子铁电体具有较低的声阻抗、容易进行结构设计和调控、容易实现多种功能特性等优点,有望在柔性电子学、薄膜器件等应用中成为无机钙钛矿铁电材料的有益补充.本文结合分子钙钛矿铁电体的设计思路,对近年来其在压电、能隙调控、光电等功能特性方面取得的进展进行了介绍.     

基于混合价双钌配合物的近红外电致变色

介绍了电致变色器件的应用前景和基本评价参数,以及近红外电致变色材料的基本要求和研究现状.结合本课题组的近期工作进展,着重介绍了环金属双钌配合物的设计、合成、电化学以及光谱性质,并讨论了这些配合物在混合价态的金属-金属电子相互作用情况.Ru?C金属键的存在大大降低了金属的氧化还原电位,并显著增强了金属-金属电子相互作用.当配合物处于混合价状态时,在近红外区域显示强价间电荷转移吸收,并且最大吸收波长和摩尔消光系数可以通过桥联配体和端基配体进行调节.通过电化学还原或氧化聚合,在电极表面得到这些配合物的高聚物薄膜.这些薄膜显示多态近红外电致变色现象,并具有操作电压低、响应时间较短、对比率良好、记忆时间长等优点.     

纸基和类纸基柔性薄膜器件研究进展

近年来,柔性薄膜器件得到了蓬勃的发展,尤其是纸基或类纸基的器件由于具有低成本、柔性、多孔性、自发的液体驱动性等独特的优势,在生物、化学、物理、材料等领域都已得到了广泛的应用.得益于纸基和类纸基(柔性基质材料和光子晶体纸)等膜材料的快速发展,许多多功能、高集成的膜基器件得以问世,使得传统纸张与其他薄膜材料之间的严格界限也逐渐变得模糊.传统纸张可以被认为是一种柔性的薄膜材料,而具有适当柔性或多孔结构的薄膜材料也可以被定义为"纸".纸基和类纸基材料可以驱动液体和调控电子,制作出来的柔性薄膜器件可以用于生化分析器件和复杂的微电子器件.本文较为全面地对传统纸张以及其他柔性薄膜材料所制作的柔性薄膜器件的历史发展和最新进展进行了总结,包括纸基和类纸基柔性膜的制备方法、对微流体和电子的操控和基于这些操控所衍生出来的多元化应用.