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武观研究员和吕汪洋教授在高能量密度纤维状超级电容器领域取得了新进展。该研究成果于2023年3月14日发表在国际重要刊物《Angewandte Chemie》上。
近年来，柔性可穿戴电子器件已成为世界各国重点发展的前沿方向，未来有望应用到国家重大需求的健康医疗、智能芯片、军事国防等领域。其中，作为穿戴设备供电的关键材料，柔性纤维状超级电容器 (FSCs) 具有容量大、可编织性好、循环寿命高等优点，能够满足在弯曲、扭折、拉伸等服役条件下的稳定形变供能需求。然而，FSCs难以协同获得高能量密度与机械柔性性能，限制了其在新能源存储技术与可穿戴领域的发展。
团队从设计纤维电极有序微结构、多孔离子通道与机械强度入手，以强化电子传递、离子动力学迁移/存储为目标，创新构筑了多尺度点 (氮掺杂碳点, NCDs)-线(蚕丝纳米纤维, SNFs)-片 (Ti3C2Tx MXene) 异质结构FSCs，实现了高能量密度与机械柔性性能。
常规无机纤维微结构致密、离子通道少及力学柔性低，造成电子传递、离子传输/存储受阻，使得FSCs难以协同获得高能量密度与机械柔性性能。因此，如何可控设计纤维微结构、多孔离子通道与力学柔性，从而提升FSCs的高力-电耦合性能，是当今国际新能源领域极具挑战性的课题之一。
众所周知，蚕丝，乃我国古代文明产物之一，是自然界中最轻、最柔、最细的天然纤维。从我国古代的“嫘祖始蚕”，两千年前的“丝绸之路”，到当下的“一带一路”，蚕丝在不同时期都扮演着的重要角色。其中，蚕丝纳米纤维 (SNFs) 作为蚕丝的基本构筑单元，具有丰富的-NH2/-OH官能团、生物相容性好、可降解性等优点，在材料增强增韧方面发挥着关键的作用。研究团队利用SNFs作无机纤维力学增强基元，高导电Ti3C2Tx作为能量存储基元，NCDs作为活性基元 (改变Ti3C2Tx表面电荷密度，增加其层间距)。制备的NCDs-Ti3C2Tx/SNFs复合纤维其拉伸强度提升了5倍，同时也表现出各向异性结构、基元层间距增大、多孔通道丰富、H+离子吸附能垒降低、电荷迁移动力学加快、机械强度/柔性高等优点，在1M H2SO4液态电解质中具有大容量（2218.7 Fcm-3）和可逆充放电稳定性。
FSCs可编织成具有高性能的柔性能源纺织品，对推动未来可穿戴电子与元宇宙技术的创新发展具有重大意义。研究团队构筑的固态FSCs展现出高能量密度（57.9 mWh cm-3）、良好比电容（1157 Fcm-3）、长循环寿命 (40000 cycles) 与大形变供电能力，可以点亮红笼、手表和玩具小车。其中、FSCs的能量密度这一性能指标达到了国际领先说。此外，固态FSCs具有较高的力学强度与柔性，可以集成到衣物上，为LEDs提供能源供应，为未来纤维能源的产业化与穿戴供电应用奠定了应用基础。
我校2020硕士研究生周振杰为论文的第一作者，博彩网站推荐-中国博彩平台排名
武观研究员和吕汪洋教授为共同通讯作者。
该研究成果得到了国家自然科学基金、国家现代农业产业技术体系、浙江理工大学科研启动基金等项目的资助。
论文链接：
//onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202301618
课题组简介
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武观研究员团队主要从事多尺度纤维储能材料及器件研究。目前，团队由1名研究员、1名特聘副教授 (满增明)、1名讲师 (张扬)、16名研究生和本科生组成，成员学术背景涵盖了化工、材料、能源、纺织等领域。研究方向包括：(1) 纤维储能材料：超级电容器、混合离子电容器、锌/锂离子电池; (2) 可穿戴智能器件：电驱动器、离子/电子传感器; (3) 微流控有序组装：石墨烯、MXenes、黑磷、二硫化钼、光子晶体。
通讯作者简介
武观，理学博士，研究员/正高，博士生导师。主要从事多尺度纤维储能材料及器件研究。以第一作者和通讯作者在Adv. Mater.、Nature Commun.、Angew. Chem. Int. Ed.、ACS Nano、Adv. Funct. Mater.、Energy Stor. Mater.、Adv. Sci.、Chem. Eng. J. 等期刊发表SCI论文40余篇，论文被引用4100余次，H-index为32 (Google Scholar)。授权国家发明专利8件。主持国家自然科学基金 (面上、青年)，江苏省优秀青年基金等项目。担任国家自然科学基金委、科技部重点研发计划评审专家。担任《Frontiers of Chemical Science & Engineering》、《eScience》、《Adv. Fiber Mater.》青年编委，《化学科学与工程》编委，中国化工学会微化工技术专委会青年委员。担任Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Energy Mater.、Adv. Funct. Mater.、ACS Nano、Sci. China Mater.等20余种SCI学术期刊的审稿人。
