欢迎来到化学加！萃聚英才，共享化学！化学加，加您更精彩！客服热线：400-8383-509

专业的精细化工医药产业资源供需及整合平台

入驻智库 查百科 发布供需
化学加小程序二维码
全部
科研技术
名家名企
医药生物
广告公益
材料化工
科普日化
政策法规
公司新闻
  1. 首页
  2. 资讯

Adv Sci：暨大刘明贤团队在“绿色”碳纳米管墨水用于热电发电机方面取得研究进展

来源：暨南大学      2022-10-11
导读：近日，暨南大学化学与材料学院刘明贤教授课题组在国际权威学术期刊Advanced Science （IF = 17.521）发表题为“Carbon Nanotube Ink Dispersed by Chitin Nanocrystals for Thermoelectric Converter for Self-Powering Multifunctional Wearable Electronics”的研究论文。
image.png

（论文截图）
导电墨水在印刷工艺中能快速生产多功能先进设备，例如印刷传感器、发电机、储能设备，尤其是各种柔性可穿戴电子产品。导电墨水的选择是电子产品特性的关键部分。其中，具有优异的电学和力学性能的碳纳米管(CNT)是柔性可穿戴设备的理想材料。然而，CNT在溶剂中的不良分散性极大地限制了CNT在可穿戴传感器制造中的应用。因此，开发新型的“绿色”CNT分散剂对于CNT基墨水在可穿戴电子设备领域的应用具有重要的意义。该研究将从虾壳中提取的甲壳素纳米晶(ChNCs)作为多壁碳纳米管(MWCNT)的分散剂，通过超声辅助获得均匀稳定的ChNCs/MWCNT（CCNT）墨水。ChNCs与MWCNT之间发生库仑引力、π-π共轭和疏水-疏水相互作用从而使CCNT墨水被放置3个月后不发生沉降。ChNCs的分散效率约为91.1%，高于常见的其他类型的分散剂(图1)。
image.png
图1 CCNT导电墨水的制备示意图和性能表征结果图。
获得的CCNT导电墨水具有良好的导电性和印刷性，采用丝网印刷技术可将CCNT墨水涂布在普通纸上。用铜线将4张5 × 15 mm的CCNT涂布纸串联组装成一个热电发电机(TEG)。在室温下该TEG的塞贝克系数为42.9 μV K-1，表明具有良好的热电性能，可将其贴在手腕上，收集人体热量从而实现自供电。这意味着该TEG可在活动场合下连续监测人体的运动情况。另一方面，可将TEG安装在口罩中，通过监测志愿者呼吸频率来实现健康监测(图2)。
image.png
图2热电纸的输出电压-温差曲线以及将器件用于监测站立或行走和运动后的呼吸情况。
CCNT涂布纸基热电纸不仅具有良好的温度响应性能，而且由于其具有良好的柔性，还具有作为应变传感器的潜力。将涂布纸作为应变传感器，传感机制如图3所示。向无涂层一端弯曲时，涂层会受到拉应力，微裂纹扩散和传播，导致导电网络破坏，阻力增大。弯曲应变与相对电阻呈高线性关系（R2 = 0.998）。涂布纸在不同的弯曲速率下展示出良好的稳定性和可恢复性，具有典型的与弯曲速率无关的传感行为。在循环扭转180°的过程中，也能获得可重复且稳定的响应信号。涂布纸在1000次30%的弯曲循环测试中保持良好的相对电阻稳定性。每个弯曲循环中几乎展示出相同的弯曲传感信号和优异的再现性，表明涂布纸具有良好的机械灵活性和耐久性，这对于实际应用中的可穿戴传感器至关重要。在稳定状态下，由于环境与皮肤之间的温差，热电纸产生了稳定的输出电压。当志愿者的关节做反复弯曲运动时，展示出了规律变化的输出电压和电流。
QQ截图20221011111051.png
图3 CCNT涂布纸的性能和自供电应变传感器应用
总之，该研究采用天然来源的ChNCs作为分散剂和粘合剂，通过超声辅助成功地制备了均匀、稳定的MWCNT基墨水。该墨水具有良好的印刷性和对各种基材(纸、玻璃和PET)的适应性。通过简单的丝网印刷技术，将CCNT墨水涂布在纤维素纸的表面，制备了具有良好热电性能的涂布纸。该热电纸具有精确的温度检测和识别能力，可将热电压信号转换为音符，可以直接安装在志愿者的手臂上或口罩中，以监测人体的运动情况或呼吸变化。此外，由于纸基具有良好的柔韧性，组装的自供电应变传感器可以灵敏地监测人体关节运动。总之，ChNCs分散的MWCNT基导电墨水在自供电多功能可穿戴电子产品中具有广阔的应用前景。
论文第一作者为化学与材料学院博士生何韵晴，唯一通讯作者是刘明贤教授。该论文得到了国家自然科学基金面上项目、广东省自然科学基金项目、广东省科技计划项目、广州市科技计划项目和中央高校基本科研业务费专项的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1002/advs.202204675
参考资料：https://www.jnu.edu.cn/2022/1009/c3135a721359/page.htm


声明：化学加刊发或者转载此文只是出于传递、分享更多信息之目的，并不意味认同其观点或证实其描述。若有来源标注错误或侵犯了您的合法权益，请作者持权属证明与本网联系，我们将及时更正、删除，谢谢。 电话：18676881059，邮箱：gongjian@huaxuejia.cn

投稿合作邮箱：gongjian@huaxuejia.cn