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  可穿戴和可拉伸電子器件的飛速發(fā)展推動(dòng)了對(duì)可拉伸儲(chǔ)能設(shè)備如可拉伸超級(jí)電容器的需求。盡管近年來可拉伸超級(jí)電容器的制作取得了一些進(jìn)展，但目前的可拉伸電容器主要通過預(yù)先設(shè)定結(jié)構(gòu)化電極（波浪形、橋接電極、線狀電極）來實(shí)現(xiàn)。而預(yù)先設(shè)計(jì)的策略不僅制作過程繁瑣，且一旦成型，結(jié)構(gòu)和外形就不可改變。這樣的策略使得這些超級(jí)電容器無(wú)法在器件水平上進(jìn)行編輯和程序化設(shè)計(jì)，即無(wú)法即時(shí)地根據(jù)可穿戴的需求進(jìn)行實(shí)際設(shè)計(jì)，不利于可拉伸超級(jí)電容器與人體以及其他可拉伸電子器件的匹配。此外，傳統(tǒng)的可拉伸超級(jí)電容器在長(zhǎng)期拉伸過程中，由于各類微型電極與對(duì)稱電極或凝膠電解液間的錯(cuò)位還會(huì)導(dǎo)致超級(jí)電容器整體性能的快速退化。

  有鑒于此，新加坡南洋理工大學(xué)陳曉東課題組開發(fā)了一種形狀和拉伸性能可控的新型可編輯電容器。通過直接賦予柔性超級(jí)電容器可編輯性，超級(jí)電容器可根據(jù)設(shè)計(jì)需求即時(shí)獲得所需的形狀和拉伸性能。該可編輯超級(jí)電容器實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵在于使用機(jī)械強(qiáng)化的MnO2納米線復(fù)合電極。電極制作具體過程為通過旋轉(zhuǎn)水熱合成的超長(zhǎng)MnO2納米線（MNWs），其與碳納米管（CNTs）超聲混合并抽濾成自支撐柔性電極，再在復(fù)合電極兩側(cè)抽濾沉積納米纖維素（NCFs）薄膜形成三明治電極夾層結(jié)構(gòu)。研究表明長(zhǎng)MnO2納米線交織結(jié)構(gòu)能夠穩(wěn)定電極彎曲、剪切、拉伸時(shí)的電化學(xué)性能，同時(shí)納米纖維素層能夠有效地避免剪切過程中造成的電極短路。

  該可編輯電容器在形狀構(gòu)建上有很大的自由度，用戶可根據(jù)自己的需要設(shè)計(jì)所需的形狀和拉伸結(jié)構(gòu)。蜂窩狀結(jié)構(gòu)編輯的超級(jí)電容器可在拉伸至500%條件下實(shí)現(xiàn)電容器性能基本不變（面積電容為227.2 mF/cm2，通過垂直堆疊面積電容可提升至1000 mF/cm2以上）。同時(shí)，在10000次400%的循環(huán)拉伸下，超級(jí)電容器仍然能保持98%的面積比電容。此外，除了蜂窩狀結(jié)構(gòu)之外，其他2D和3D結(jié)構(gòu)也可以輕松實(shí)現(xiàn)，如窗花結(jié)構(gòu)，以及交替切割形成的金字塔結(jié)構(gòu)。其中，金字塔結(jié)構(gòu)可與3D彈性物體保形接觸，若將四個(gè)金字塔狀的超級(jí)電容器連接在一起，還可進(jìn)一步編輯具有可逆拉伸的彈簧狀超級(jí)電容器。

  作為系統(tǒng)集成穩(wěn)定性的示例，該可拉伸超級(jí)電容還與拉力傳感器集成進(jìn)行測(cè)試。在運(yùn)動(dòng)拉伸狀態(tài)下，該電容器仍然能保持與非運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下大體一致的信號(hào)輸出，表明可編輯超級(jí)電容器穩(wěn)定的機(jī)械和電化學(xué)性能。該可拉伸的、極易程序化的、并且可在串并聯(lián)條件下編輯成任意形狀的超級(jí)電容器將能做成各類時(shí)尚的儲(chǔ)能器件用于驅(qū)動(dòng)各類便攜、可拉伸和可穿戴電子器件。

  相關(guān)論文在線發(fā)表在Advanced Materials (DOI: 10.1002/adma.201704531)上，并于當(dāng)期Front Cover做簡(jiǎn)要介紹。

  論文鏈接：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201704531/abstract