陜科大馬建中/呂斌/高黨鴿 Small：基于PPy/NiCoAl-LDH改性棉織物-實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能、電磁干擾屏蔽和光熱轉(zhuǎn)換的有效集成

2024-11-14 來源：高分子科技

隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)紡織品在滿足可穿戴電子產(chǎn)品的需求方面面臨著挑戰(zhàn)。集儲(chǔ)能、電磁干擾屏蔽（EMI）和光熱轉(zhuǎn)換于一體的多功能紡織品有望緩解這一問題。棉織物由天然生物質(zhì)材料—纖維素編織而成，憑借特殊的舒適性、柔韌性和耐用性在眾多紡織品中脫穎而出，是研發(fā)儲(chǔ)能材料、構(gòu)建電磁屏蔽網(wǎng)絡(luò)和實(shí)現(xiàn)光熱轉(zhuǎn)換路徑的理想載體。然而，由于傳統(tǒng)棉織物儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)移電荷的能力較差，光熱轉(zhuǎn)化效率較低，限制了其進(jìn)一步應(yīng)用。

近日，陜西科技大學(xué)馬建中教授、呂斌教授、高黨鴿教授團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)開發(fā)了一種集優(yōu)異電氣性能、先進(jìn)熱功能和卓越耐用性于一體的新型多功能棉織物（PPy/NiCoAl-LDH/Cotton）。該研究通過在棉纖維上引入鎳鈷鋁-層狀雙金屬氫氧化物（NiCoAl-LDH）納米片陣列，進(jìn)而原位聚合生長(zhǎng)連續(xù)致密的聚吡咯（PPy）。PPy的氨基能夠與NiCoAl-LDH及棉纖維中的羥基形成氫鍵，確保了功能材料不易從棉纖維上脫落，賦予棉織物優(yōu)異的耐用性。同時(shí)，PPy和NiCoAl-LDH附著在棉纖維上形成獨(dú)特的分層陣列結(jié)構(gòu)，提高了活性位點(diǎn)的密度，增強(qiáng)了棉織物傳輸和儲(chǔ)存電荷的能力，提高了光熱轉(zhuǎn)換效率，實(shí)現(xiàn)了電學(xué)性能和光熱性能的協(xié)同提升。PPy/NiCoAl-LDH/Cotton表現(xiàn)出良好的電化學(xué)儲(chǔ)能能力（在5mA cm^?2電流密度下具有754.72 mFcm^?2比電容；1,000次循環(huán)充放電后電容保持率達(dá)80.95%），將其組裝成對(duì)稱型超級(jí)電容器展現(xiàn)出高的功率密度（0.23 mW cm^?2）和能量密度（20.83 μWh cm^?2）。此外，PPy/NiCoAl-LDH/Cotton還具有優(yōu)異的電磁屏蔽（38.83dB）和光熱轉(zhuǎn)換性能（70.2C，1000mW cm^?2）。即使經(jīng)過3,000次摩擦和2,0000次彎折后，該多功能棉織物仍然表現(xiàn)出良好的電容保持率（85.24%和74.67%）、電磁干擾屏蔽率（25 dB以上）和可見光區(qū)太陽吸收率（91.2%），在電化學(xué)儲(chǔ)能、電磁干擾屏蔽和個(gè)人熱管理方面具有廣闊的應(yīng)用前景。該工作以“Multifunctional Wearable Electronic Based on Fabric Modified by PPy/NiCoAl-LDH for Energy Storage, Electromagnetic Interference Shielding, and Photothermal Conversion”為題發(fā)表在國(guó)際著名期刊《Small》上（DOI: 10.1002/smll.202402510）。

圖1 PPy/NiCoAl-LDH/Cotton的制備路線示意圖

圖2 (ZIF-67)₄/Cotton, NiCoAl-LDH/Cotton和PPy/NiCoAl-LDH/Cotton的SEM、TEM、EDS照片

圖3 PPy/NiCoAl-LDH/Cotton的結(jié)構(gòu)表征和可穿戴性能

圖4 PPy/NiCoAl-LDH/Cotton電極材料在三電極體系下的電化學(xué)性能

圖5 PPy/NiCoAl-LDH/Cotton組裝成對(duì)稱型超級(jí)電容器的電化學(xué)性能

圖6 PPy/NiCoAl-LDH/Cotton的電磁屏蔽性能

圖7 PPy/NiCoAl-LDH/Cotton的光熱轉(zhuǎn)換性能

該論文陜西科技大學(xué)為唯一署名單位，通訊作者為陜西科技大學(xué)輕工科學(xué)與工程學(xué)院（柔性電子學(xué)院）呂斌教授和高黨鴿教授。碩士研究生陳肯為學(xué)生第一作者。該項(xiàng)工作得到陜西省三秦人才專項(xiàng)支持計(jì)劃科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才、陜西省創(chuàng)新能力支持計(jì)劃（2021TD-16）、陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目（專項(xiàng)支持）（2023JC-XJ-12）的資助和支持。

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/smll.202402510

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（責(zé)任編輯：xu）

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