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科研進展

《Nano Energy》《Journal of Materials Chemistry A》刊登熊銳教授、石兢教授課題組系列成果

來源:MG娱乐官网  發布時間:2016-10-21 18:35:01 點擊次數:

近期,我院熊銳教授、石兢教授課題組在有機/無機高介電復合材料研究方面取得重要進展,為高介電復合材料的實用化發展提供了重要思路。主要成果包括兩篇《Nano Energy》和一篇《Journal of Materials Chemistry A》,該工作得到了國家自然科學基金委和科技部973及納米專項的支持。

隨著電子工業的發展,電容器、埋入式電容以及印刷式電路板等領域越來越需要具有高介電和低損耗的新型材料。目前,無機介電陶瓷材料具有高的介電常數和對溫度的穩定性,但加工溫度高且機械性能差。有機聚合物材料具有易于加工性和優異的機械性能,但是介電性能差。因此,以聚合物為基體引入高介電常數的納米顆粒形成聚合物基復合材料,使其同時具備優異的介電性能和易加工性是凝聚態物理與材料科學的一個研究前沿。

成果一:《用于可“自愈”運動傳感器的柔性自修復納米復合材料》

近幾年來,有“人造電子皮膚(E-Skin)”之稱的可穿戴傳感器可以廣泛的應用在醫學、人工智能以及人-機交互等領域,是傳感器領域的一個全新的研究熱點。基于對生物系統自修復能力的仿生,熊銳/石兢課題組制備出基于動態Diels-Alder(DA)反應的聚合物/鈦酸銅鈣高介電復合薄膜自修復運動傳感器。可以通過溫度控制DA反應的正向和逆向進行,從而實現傳感器的自修復能力,高介電性能提高了傳感器的分辨率。與手指綁定時,薄膜的電容大小會隨著手指運動而變化,這一功能可以作為傳感器應用于運動和健康監測。同時在多次切開-自修復之后仍具有非常高的監測能力,這一特性可以改善材料的安全性,延長其使用壽命。器件擁有受損自修復功能是“智能化”的重要體現,該研究為下一代可穿戴設備和新型柔性器件的設計與研發提供了新思路。其成果以《用于可“自愈”運動傳感器的柔性自修復納米復合材料》“Flexible self-healing nanocomposites for recoverable motion sensor”為題發表在國際著名期刊《納米能量》(Nano Energy)上,論文第一署名單位是武漢大學,第一作者是武漢大學博士生楊陽,通訊作者是熊銳教授。

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成果二:《具有高介電和低損耗性能的聚酰亞胺/鈦酸銅鈣包覆銀復合材料》

熊銳/石兢教授課題組成功制備出聚酰亞胺/鈦酸銅鈣包覆銀復合材料。研究結果表明導電的銀納米顆粒包覆在鈦酸銅鈣外表面,使得填充物與聚合物基體界面處的介電常數差值大大減小,這樣就避免了電場擾動分布不均現象的出現。使得電場能夠有效的對高介電顆粒進行極化,從而提高復合材料的介電常數。同時,電場擾動效應的減弱大大降低了復合材料的介電損耗,這一材料可以用于制備電容器和其他儲能設備。

該成果以《具有高介電和低損耗性能的聚酰亞胺/鈦酸銅鈣包覆銀復合材料》“High performance ofpolyimide/CaCu3Ti4O12@Aghybrid films with enhanced dielectric permittivity and low dielectric loss”為題發表在國際著名期刊《材料化學雜志A》(Journal of Materials Chemistry A),論文第一署名單位是武漢大學,第一作者是物理科學與技術學院博士生楊陽,通訊作者是熊銳教授。

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成果三:《基于投影的光固化成型3D打印技術制備高介電的電容器》

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與傳統制造技術相比,3D打印技術的優勢在于可以設計制備任意形狀的產品,同時避免使用過多的人力和復雜的機床,節約了生產的成本,提高了生產的效率。熊銳/石兢教授課題組與南加州大學(University of Southern California)機械工程系Yong Chen教授,生物工程系Qifa Zhou教授以及加州大學洛杉磯分校(UCLA)的Tzung Hsiai教授合作利用基于投影的光固化成型3D打印技術制備了具有高介電,低損耗的光固化聚合物/鋯鈦酸鉛包覆銀復合材料。成功打印出了具有多種形貌和復雜三維結構的電容器。3D打印技術突破了傳統技術不能制備復雜形狀的缺點,這一技術可以應用于制備復雜形狀的電容器、埋入式電容以及電子領域,為材料的制備開辟出了一條新的途徑。

該成果以標題《基于投影的光固化成型3D打印技術制備高介電的電容器》“Three dimensional printing of high dielectric capacitor using projection based stereolithography method” 發表在《納米能量》(Nano Energy),第一作者是物理科學與技術學院博士生楊陽。

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