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  清華大學(xué)化工系謝續(xù)明課題組在超強(qiáng)、高拉伸水凝膠材料研究上獲重要進(jìn)展，最近和香港城市大學(xué)合作使用該凝膠作為固態(tài)電解質(zhì)制備了可自修復(fù)、高拉伸的柔性超級電容器，相關(guān)研究成果聯(lián)合發(fā)表在《自然·通訊》期刊上。

  化工系博士生鐘鳴為論文共同第一作者，清華大學(xué)化工系謝續(xù)明教授和香港城市大學(xué)物理與材料科學(xué)系支春義助理教授為共同通訊作者。所制備的柔性超級電容器可以拉伸6倍，卸載后完全回復(fù)；且切斷后重新對接可以完全自修復(fù)，性能得以完整保持。該柔性器件作為電子可穿戴物、電子皮膚等具有重要潛在應(yīng)用。

可自修復(fù)柔性超級電容器構(gòu)筑架構(gòu)示意圖

a.納米硅球-聚丙烯酸凝膠為電解質(zhì)和聚吡咯-碳納米管紙為電極的超級電容器。

b.超級電容器的切斷和和修復(fù)。

c. 超拉伸超級電容器

  高分子水凝膠材料在醫(yī)療衛(wèi)生、生物醫(yī)用、藥物緩釋、柔性傳感等領(lǐng)域有著重要應(yīng)用。但通常化學(xué)合成的水凝膠由于網(wǎng)絡(luò)的不均一性，其力學(xué)性能和尤其強(qiáng)度一般很弱，制約了其實(shí)際應(yīng)用。謝續(xù)明課題組經(jīng)過多年的思考和實(shí)踐，提出了一種借助納米材料制備高強(qiáng)水凝膠的新方法：以納米刷作為凝膠因子，一步法簡潔地構(gòu)筑了具有多層級交聯(lián)點(diǎn)的單網(wǎng)絡(luò)納米復(fù)合物理水凝膠。由于在拉伸作用下凝膠中不同層級交聯(lián)鍵可以通過逐次破壞耗散能量，之后可逆物理鍵的再結(jié)合會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)均化，使其拉伸強(qiáng)度為通常化學(xué)交聯(lián)水凝膠的數(shù)十至百倍，拉伸高達(dá)40倍，且切斷后可以在自然狀態(tài)下接觸修復(fù)。他們的系列工作最近發(fā)表在J Mater. Chem.,B以及Soft Matter等期刊上。

由高強(qiáng)高拉伸高分子水凝膠構(gòu)筑的柔性超級電容器在拉伸時的比電容增幅。

  該項(xiàng)目獲得國家自然科學(xué)基金及清華大學(xué)自主科研基金資助。