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  紡織紗線經(jīng)過改性，可用于各種智能應(yīng)用，如儲能、傳感等。在線型柔性超級電容器中，最常用的紗線改性技術(shù)之一是將導(dǎo)電活性物質(zhì)涂覆在紡織紗線上。涂層工藝包括氣相聚合、浸漬涂層、層層自組裝的薄膜包覆和電化學(xué)沉積等方法。然而，這些方法并不簡便，且不可控，難以拓展�；诖藮|華大學(xué)朱美芳課題組提出了通過改進的靜電紡絲工藝在紗線上涂覆納米纖維，以制備超柔性儲能電極。涂覆在紡織紗線集流體表面的納米纖維具有良好的電活性、多孔性和包裹性，有助于離子更快地擴散，從而使紡織紗線保留原本的柔韌性和耐用性的同時，獲得優(yōu)異的電化學(xué)性能。該方法開辟了一種新的可拓展的策略用于可穿戴智能紡織品的先進制造。

  近日，東華大學(xué)纖維材料改性國家重點實驗室楊升元副教授和朱美芳教授在ACS Applied Energy Materials上發(fā)表最新研究成果“Surface Self-Assembly of Functional Electroactive Nanofibers on Textile Yarns as a Facile Approach Towards Super Flexible Energy Storage”，共同第一作者為材料學(xué)院留學(xué)生Mike Tebyetekerwa（來自烏干達）和本科生徐朕（現(xiàn)于英國倫敦瑪麗女王大學(xué)Queen Mary University of London攻讀博士學(xué)位）。

  在該文中，研究者通過靜電紡絲，以不銹鋼紗線作為納米纖維的接收器，使聚吲哚/炭黑復(fù)合納米纖維通過靜電吸附自組裝包裹在不銹鋼紗線上，制得了超柔性線型電極。該課題組前期的一系列工作（Materials Letters, 2017, 209, 400–403；Electrochimica Acta, 2017, 247, 400–409；J. Mater. Chem. A, 2017, 5, 21114-21121）已經(jīng)從聚合-紡絲-器件系統(tǒng)地研究了聚吲哚納米纖維及其復(fù)合材料在超級電容器等儲能器件上的應(yīng)用潛力。而此次通過這種新型卻簡單的工藝，制備了聚吲哚及其復(fù)合材料的線型超柔性電極，將該線型電極編織或針織進織物后發(fā)現(xiàn)其比電容并無顯著變化，一定程度上說明了該工藝在設(shè)計可穿戴柔性器件中有著較好的應(yīng)用前景，即該方法可用于制備各種紡織柔性智能紗線（如以PET纖維為基底），且其電化學(xué)性能可通過與碳納米管、石墨烯以及MXene等復(fù)合而進一步提升（Joule, under review）。相關(guān)研究工作得到了上海市晨光計劃、上海市科技創(chuàng)新行動計劃、國家自然科學(xué)基金和國家重點研發(fā)計劃的資助。

圖1 工藝流程示意圖

a-c) 紡絲液的配制

d) 靜電紡制備線型電極，其中 SSY為stainless steel yarn，NCY為nanofiber coated yarn

圖2 材料表征

a) 聚吲哚、炭黑和聚吲哚/炭黑（質(zhì)量比1：4）復(fù)合材料的FTIR圖

b) 聚吲哚、炭黑和聚吲哚/炭黑（質(zhì)量比1：4）復(fù)合材料的Raman圖

c) 聚吲哚、炭黑、聚吲哚/炭黑（質(zhì)量比1：4）復(fù)合材料和PVA的TGA圖

圖3 NCY-Pind/CB 1-4的SEM圖和元素映射分析圖

a) NCY的表面圖及b) 其放大圖

c) NCY的截面圖

d- g) NCY的元素映射分析圖

圖 4  超級電容器的組裝及其電化學(xué)性能圖

1-3) 超級電容器的組裝示意圖

a) 不同配比的聚吲哚/炭黑復(fù)合納米纖維超電的CV圖，b) GCD圖，c) 在不同掃描速率下的比電容，d-e) EIS圖

圖5 超級電容器的電化學(xué)性能圖

a) 聚吲哚/炭黑（質(zhì)量比1：4）復(fù)合納米纖維超電在不同掃描速率下的CV圖，b) GCD圖，c) 面積比電容和線性比電容，d) 循環(huán)性能圖和 e) 柔性測試—不同編織方式下的CV圖

圖6 與其他線型超級電容器的面積功率密度和能量密度對比圖

  論文鏈接: http://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsaem.7b00057