南开大学梁嘉杰团队 ACS Nano: 基于等离子体Ti3C2Tx MXene的

时间:2019-06-25 14:18 作者:牛牛棋牌赌博网

  原标题:南开大学梁嘉杰团队 ACS Nano: 基于等离子体Ti3C2Tx MXene的具有高光热转换效率的可修复透明可穿戴器件

  太阳能是取之不及、用之不竭的理想能源。目前人类正在致力于发展光电、光催化、光热转换等先进的绿色技术,以捕获并将这种可再生能源转化为可持续能源。其中,太阳能光-热转换技术,由于其操作相对简单且能量转换效率较高而越来越受到人们的关注。同样的,在可穿戴透明器件领域中,随着众多先进绿色技术的发展,将弹性和高光学透明度结合的透明可穿戴器件为实现下一代电子产品的很多新兴应用提供了新的机会。但是,与其他传统的可穿戴电子器件一样,存在一个普遍的问题是:透明可穿戴器件在经历意外破裂或划伤后容易发生故障,进而大大降低了设备的寿命和安全性。因此,开发具有可修复功能的透明可穿戴材料,使其在经受机械损伤后,能够实现快速且无创的修复,进而恢复其原始功能显得尤为重要。

  近日,南开大学的梁嘉杰教授(通讯作者)课题组报道了一种等离子体银纳米粒子(AgNP)@MXene杂化物作为光热填料与水性聚氨酯弹性体相复合,在超低添加量情况下,得到一种具有快速、高效的光引发自修复能力,且同时保持高透明度的可穿戴复合涂层。杂化后的由于结合了AgNPs优异的等离子体共振效应,MXene自身很高的光热效应、高导热性能、特殊的二维结构,以及二者之间的协同作用,从而具有非常高的光热转换效果,可以作为高效的光子捕获体、能量转换体和分子加热体。当在很低添加量(0.08 wt% 或0.024 vol%)时,经600 mWcm-2 vis-IR光辐照5 min后即可使得所制备的透明可穿戴复合涂层表面温度显著升高(升高温度约111±2.6 ℃);同时在60 μm的厚度下,涂层保持着83%的高透光率。复合涂层表面温度的快速升高可以迅速修复涂层的机械损伤,其愈合效率可以达到97%。研究成果以题为“PlasmonicTi3C2Tx MXene Enables Highly Efficient Photothermal Conversion for Healable and Transparent Wearable Device”发表在国际著名期刊ACS Nano上,博士研究生范向前与硕士研究生丁燕为共同第一作者。

  (e)MXene和添加量为0.08 wt%时,MXene-PU和-PU复合涂层(厚度100 μm)辐照5 min后的温度增加(ΔT)与辐照功率密度的关系图;

  (f)不同添加量的复合涂层(厚度100 μm),在600 mWcm-2vis-IR光辐照下的表面温度随时间变化的红外热成像图。

  (b)添加量为0.05 wt%时,-PU复合涂层在600 mWcm-2vis-IR光辐照下随时间变化的愈合过程图;

  (c)添加量为0.08 wt%时,-PU复合涂层在600 mWcm-2vis-IR光辐照下随时间变化的愈合过程图;

  (d)添加量为0.16 wt%时,-PU复合涂层在600 mWcm-2vis-IR光辐照下随时间变化的愈合过程图;右图为-PU复合涂层随时间变化的愈合过程的三维形貌图。

  综上所述,作者提出了一种基于光热转化的绿色技术来构建可修复的、透明的可穿戴复合涂层的策略。制备的杂化物结合了AgNPs优异的等离子体效应和MXene自身很高的光热效应、高导热性能、特殊结构性能以及它们二者之间的协同作用,因此具有非常高的光热转换效应,可以作为高效的光子捕获体、能量转换体和分子加热体。利用其所制备的可穿戴-PU复合涂层在杂化物添加量超低(0.08 wt%)的情况下,经600 mWcm-2 vis-IR 光辐照后,表面温度显著升高,使得-PU复合涂层具有快速且有效的光引发修复功能,同时保持着高透明度。此外,-PU复合涂层被直接用作一种透明的可贴附的加热材料,证明其在透明可穿戴器件中的适用性。这一简单策略可以构建具有高效光热转换和远程光引发愈合功能的透明可穿戴材料,使得人们向生产安全、长寿命的透明可穿戴器件迈出的重要一步。

  梁嘉杰,教授,博士研究生导师,第十二批“国家青年千人”。2011年博士毕业于南开大学高分子研究所(导师:陈永胜教授),随后加入美国加州大学洛杉矶分校裴启兵教授课题组从事博士后以及助理研发工程师的研究工作。2016年加入南开大学材料科学与工程学院并成立柔性印刷功能器件实验室。主要研究方向:高性能复合材料及在印刷及可穿戴功能器件的构建和集成中的应用研究。研究领域涵盖高分子化学与物理,材料科学与工程,化学、电子工程学,以及物理学等众多交叉学科。本课题组立足于“产学研”结合,从新功能复合材料的设计合成出发,利用绿色先进打印、印刷集成技术,针对应用需求构建功能性器件。近年来,以第一及通讯作者身份发表论文30多篇,其中包括Nat. Photon., Nat. Commun., Adv. Mater., ACS Nano, Adv. Energy Mater., Adv. Funct. Mater. 等国际著名期刊杂志,其中 6 篇入选 ESI Top 1%高被引论文,论文总引用次数6000多次。