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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(jìn)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?cái)U(kuò)散，從而使紡織紗線保留原本的柔韌性和耐用性的同時(shí)，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(jìn)制造。

  近日，東華大學(xué)纖維材料改性國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(dá)）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(jìn)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(jì)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(jìn)一步提升（Joule, under review）。相關(guān)研究工作得到了上海市晨光計(jì)劃、上海市科技創(chuàng)新行動計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金和國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)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