亮点成果

《Nano Energy》《Journal of Materials Chemistry A》刊登熊锐教授、石兢教授课题组系列成果

来源:武汉大学物理科学与技术学院 发布时间:2016-10-21 18:35:01 点击次数:

      近期,我院熊锐教授、石兢教授课题组在有机/无机高介电复合材料研究方面取得重要进展,为高介电复合材料的实用化发展提供了重要思路。主要成果包括两篇《Nano Energy》和一篇《Journal of Materials Chemistry A》,该工作得到了国家自然科学基金委和科技部973及纳米专项的支持。
      随着电子工业的发展,电容器、埋入式电容以及印刷式电路板等领域越来越需要具有高介电和低损耗的新型材料。目前,无机介电陶瓷材料具有高的介电常数和对温度的稳定性,但加工温度高且机械性能差。有机聚合物材料具有易于加工性和优异的机械性能,但是介电性能差。因此,以聚合物为基体引入高介电常数的纳米颗粒形成聚合物基复合材料,使其同时具备优异的介电性能和易加工性是凝聚态物理与材料科学的一个研究前沿。

成果一:《用于可“自愈”运动传感器的柔性自修复纳米复合材料》
      近几年来,有“人造电子皮肤(E-Skin)”之称的可穿戴传感器可以广泛的应用在医学、人工智能以及人-机交互等领域,是传感器领域的一个全新的研究热点。基于对生物系统自修复能力的仿生,熊锐/石兢课题组制备出基于动态Diels-Alder(DA)反应的聚合物/钛酸铜钙高介电复合薄膜自修复运动传感器。可以通过温度控制DA反应的正向和逆向进行,从而实现传感器的自修复能力,高介电性能提高了传感器的分辨率。与手指绑定时,薄膜的电容大小会随着手指运动而变化,这一功能可以作为传感器应用于运动和健康监测。同时在多次切开-自修复之后仍具有非常高的监测能力,这一特性可以改善材料的安全性,延长其使用寿命。器件拥有受损自修复功能是“智能化”的重要体现,该研究为下一代可穿戴设备和新型柔性器件的设计与研发提供了新思路。其成果以《用于可“自愈”运动传感器的柔性自修复纳米复合材料》“Flexible self-healing nanocomposites for recoverable motion sensor”为题发表在国际著名期刊《纳米能量》(Nano Energy)上,论文第一署名单位是武汉大学,第一作者是武汉大学博士生杨阳,通讯作者是熊锐教授。
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论文链接地址:http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S221128551500316X


成果二:《具有高介电和低损耗性能的聚酰亚胺/钛酸铜钙包覆银复合材料》
      熊锐/石兢教授课题组成功制备出聚酰亚胺/钛酸铜钙包覆银复合材料。研究结果表明导电的银纳米颗粒包覆在钛酸铜钙外表面,使得填充物与聚合物基体界面处的介电常数差值大大减小,这样就避免了电场扰动分布不均现象的出现。使得电场能够有效的对高介电颗粒进行极化,从而提高复合材料的介电常数。同时,电场扰动效应的减弱大大降低了复合材料的介电损耗,这一材料可以用于制备电容器和其他储能设备。
      该成果以《具有高介电和低损耗性能的聚酰亚胺/钛酸铜钙包覆银复合材料》“High performance of polyimide/CaCu3Ti4O12@Ag hybrid films with enhanced dielectric permittivity and low dielectric loss”为题发表在国际著名期刊《材料化学杂志A》(Journal of Materials Chemistry A),论文第一署名单位是武汉大学,第一作者是物理科学与技术学院博士生杨阳,通讯作者是熊锐教授。
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论文链接地址:http://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2015/ta/c4ta05673f

成果三:《基于投影的光固化成型3D打印技术制备高介电的电容器》
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      与传统制造技术相比,3D打印技术的优势在于可以设计制备任意形状的产品,同时避免使用过多的人力和复杂的机床,节约了生产的成本,提高了生产的效率。熊锐/石兢教授课题组与南加州大学(University of Southern California)机械工程系Yong Chen教授,生物工程系Qifa Zhou教授以及加州大学洛杉矶分校(UCLA)的Tzung Hsiai教授合作利用基于投影的光固化成型3D打印技术制备了具有高介电,低损耗的光固化聚合物/锆钛酸铅包覆银复合材料。成功打印出了具有多种形貌和复杂三维结构的电容器。3D打印技术突破了传统技术不能制备复杂形状的缺点,这一技术可以应用于制备复杂形状的电容器、埋入式电容以及电子领域,为材料的制备开辟出了一条新的途径。
      该成果以标题《基于投影的光固化成型3D打印技术制备高介电的电容器》“Three dimensional printing of high dielectric capacitor using projection based stereolithography method” 发表在《纳米能量》(Nano Energy),第一作者是物理科学与技术学院博士生杨阳。
论文链接地址:http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285516001051

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