陕科大马建中/吕斌/高党鸽 Small：基于PPy/NiCoAl-LDH改性棉织物-实现储能、电磁干扰屏蔽和光热转换的有效集成

2024-11-14 来源：高分子科技

随着电子技术的飞速发展，传统纺织品在满足可穿戴电子产品的需求方面面临着挑战。集储能、电磁干扰屏蔽（EMI）和光热转换于一体的多功能纺织品有望缓解这一问题。棉织物由天然生物质材料—纤维素编织而成，凭借特殊的舒适性、柔韧性和耐用性在众多纺织品中脱颖而出，是研发储能材料、构建电磁屏蔽网络和实现光热转换路径的理想载体。然而，由于传统棉织物储存和转移电荷的能力较差，光热转化效率较低，限制了其进一步应用。

近日，陕西科技大学马建中教授、吕斌教授、高党鸽教授团队设计开发了一种集优异电气性能、先进热功能和卓越耐用性于一体的新型多功能棉织物（PPy/NiCoAl-LDH/Cotton）。该研究通过在棉纤维上引入镍钴铝-层状双金属氢氧化物（NiCoAl-LDH）纳米片阵列，进而原位聚合生长连续致密的聚吡咯（PPy）。PPy的氨基能够与NiCoAl-LDH及棉纤维中的羟基形成氢键，确保了功能材料不易从棉纤维上脱落，赋予棉织物优异的耐用性。同时，PPy和NiCoAl-LDH附着在棉纤维上形成独特的分层阵列结构，提高了活性位点的密度，增强了棉织物传输和储存电荷的能力，提高了光热转换效率，实现了电学性能和光热性能的协同提升。PPy/NiCoAl-LDH/Cotton表现出良好的电化学储能能力（在5mA cm^?2电流密度下具有754.72 mFcm^?2比电容；1,000次循环充放电后电容保持率达80.95%），将其组装成对称型超级电容器展现出高的功率密度（0.23 mW cm^?2）和能量密度（20.83 μWh cm^?2）。此外，PPy/NiCoAl-LDH/Cotton还具有优异的电磁屏蔽（38.83dB）和光热转换性能（70.2C，1000mW cm^?2）。即使经过3,000次摩擦和2,0000次弯折后，该多功能棉织物仍然表现出良好的电容保持率（85.24%和74.67%）、电磁干扰屏蔽率（25 dB以上）和可见光区太阳吸收率（91.2%），在电化学储能、电磁干扰屏蔽和个人热管理方面具有广阔的应用前景。该工作以“Multifunctional Wearable Electronic Based on Fabric Modified by PPy/NiCoAl-LDH for Energy Storage, Electromagnetic Interference Shielding, and Photothermal Conversion”为题发表在国际著名期刊《Small》上（DOI: 10.1002/smll.202402510）。

图1 PPy/NiCoAl-LDH/Cotton的制备路线示意图

图2 (ZIF-67)₄/Cotton, NiCoAl-LDH/Cotton和PPy/NiCoAl-LDH/Cotton的SEM、TEM、EDS照片

图3 PPy/NiCoAl-LDH/Cotton的结构表征和可穿戴性能

图4 PPy/NiCoAl-LDH/Cotton电极材料在三电极体系下的电化学性能

图5 PPy/NiCoAl-LDH/Cotton组装成对称型超级电容器的电化学性能

图6 PPy/NiCoAl-LDH/Cotton的电磁屏蔽性能

图7 PPy/NiCoAl-LDH/Cotton的光热转换性能

该论文陕西科技大学为唯一署名单位，通讯作者为陕西科技大学轻工科学与工程学院（柔性电子学院）吕斌教授和高党鸽教授。硕士研究生陈肯为学生第一作者。该项工作得到陕西省三秦人才专项支持计划科技创新领军人才、陕西省创新能力支持计划（2021TD-16）、陕西省自然科学基础研究计划重点项目（专项支持）（2023JC-XJ-12）的资助和支持。

原文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202402510

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（责任编辑：xu）

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