在汽车产业以电动化智能化、网联化为长期趋势的发展路径下,汽车电子占整车比重持续上升,进而带动汽车 PCB 板的需求增长。如特斯拉 Model 3,其 PCB 总价值量超过 2500 元,是普通燃油车的 6.25 倍。
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郑州大学橡塑模具国家工程研究中心刘春太教授团队在《ACS Applied Materials & Interfaces》期刊上发表了题为“MXene-coated Wrinkled Fabrics for Stretchable and Multifunctional Electromagnetic Interference Shielding and Electro/Photo-Thermal Conversion Applications”的文章(DOI:10.1021/acsami.1c19890)。通过简单的预拉伸和喷涂方法制备了具有褶皱结构的热塑性聚氨酯(TPU) /MXene复合织物(TMFs)。其褶皱结构存储了一定的可拉伸表面区域,保护MXene导电网络在拉伸过程中不受破坏。其中,极低的MXene负载量(0.5 mg cm-2)的TMF在50%的应变范围内,在动态拉伸过程中以及反复拉伸后均中表现出良好稳定的30 dB左右的电磁屏蔽性能。此外,由于其高导电性和局部表面等离子体共振(LSPR)效应,TMFs具有优异的焦耳加热(在5 V电压下可达104℃)和光热转换性能,并且在拉伸状态下仍具有良好的电/光热转换性能。因此,本工作在有效屏蔽电磁波的基础上集成了可调节热管理性能,为多功能可穿戴材料提供了新的策略。 图6(a)100 mW/cm2光照射下TMFs的温度-时间曲线。右边的插图是对应的红外图像。(b)不同辐照功率密度下TMF-9的温度曲线。(c)实验数据和饱和温度与辐照功率密度的线性拟合。(d)TMF-3在开-关光照循环下的温度-时间曲线。100mW/cm2辐照功率密度下TMF-9在不同应变下的(e)温度曲线和(f)红外相机图像。 郑州大学橡塑模具国家工程研究中心的硕士研究生董婧雯是该论文的第一作者,通讯作者为苏凤梅副教授、冯跃战副教授和刘春太教授。该研究得到了国家自然科学基金(21704096,51703217,12072325)和河南省自然科学项目(20A430028)的资金支持。 原文链接: https://doi.org/10.1021/acsami.1c19890
图1(a)Ti3C2Tx MXene纳米片和(b)具有精细微褶皱结构的TPU/MXene织物的制造过程示意图。
图2(a)Ti3AlC2、(b)多层Ti3C2Tx 和(c)Ti3C2Tx MXene纳米片的SEM图,(d)分层Ti3C2Tx MXene纳米片的TEM和(e)AFM图像((e)中插图是对应的SAED图案)。(f)通过AFM图像统计分层Ti3C2Tx MXene的横向尺寸。(g)Ti3AlC2和分层Ti3C2Tx MXene的XRD图谱。(g)Ti3AlC2和Ti3C2Tx MXene的XPS图谱。(i)Ti3C2Tx MXene的XPS Ti 2p图谱。
图3(a-c)不同放大倍数下TPU纳米纤维膜表面形态的SEM图像,(d-f)具有褶皱结构的TPU/MXene织物在动态拉伸过程中的表面形态变化,(g-i)动态拉伸过程中平面TPU/MXene织物表面形态的变化。
图4(a)不同MXene含量TMF的EMI屏蔽性能。TMF-12(b)在不同施加应变下,以及(c)在50个应变周期后的电磁干扰屏蔽性能。(d)不同MXene含量的TMF和平面TMF的R-A系数。(e)TMF-12在不同施加应变下的R-A系数。(f)褶皱TMF的EMI屏蔽机理图。
图5(a)在4 V电压下TMF的温度曲线。(b)在1至5 V下TMF-9的温度曲线和对应的(c)红外相机图像。(d)在不同电压下的饱和温度与U2的关系。(e)在4 V电压下,TMF-9在各种施加应变下的温度曲线。(f)TMF-9加热器的温度可调性。(g,h)戴在手套上的可穿戴TMF-9加热器的数字和红外相机图像。
(1)从产品结构来看,主要是乳液型,水溶性次之,胶乳型则不常见。
(2)从原料来看,多元醇主要用聚醚型,聚酯型次之,聚碳酸酯极少见。异氰酸酯的品种更少,只有TDI,HDI、MDI仅见报道。扩链剂多用醇类,胺类较少使用。
(3)从制备方法及种类来看,一般是自乳化,羧酸型、阴离子体系;外乳化,磺酸型,季铵盐型乳化体系较少;熔融分散,固体自发分散法等则未涉及。
(4)从理论与应用角度来看,着重应用开发,理论研究很少。
白乳化工艺也是制备高性能水性聚氨酯的重要影响因素,笔者结合实际工作谈几点看法:
(1)乳化温度宜低不宜高,不应超过45℃。
(2)成盐剂选有机碱类较合适,其用量应严格控制。
(3)选择高效乳化设备能收到事半功倍的效果。
高性能水性聚氨酯胶粘剂应具有以下特点:
(1)耐水、耐介质性好。
(2)粘接强度高,初粘力大。
(3)良好的贮存稳定性。
(4)耐冻融,耐较高温度。
(5)干燥速度较快,低环境温度下成膜性良好。
(6)施工工艺佳。
来源:华夏蓝科技
川奇光电科技(扬州)有限公司是由永丰余集团旗下E Ink元太科技工业股份有限公司独资设立。公司于2002年5月21日成立,注册资本15,130万美元。项目总用地760.6亩,其中350亩用于川奇光电产业链配套企业,目前园区内已成立川奇光电科技(扬州)有限公司、立奇光电科技(扬州)有限公司、川扬电子(扬州)有限公司、川岳科技扬州有限公司,并逐步形成了川奇光电工业园区。公司主要生产销售电子纸模组和中小尺寸(10.4寸以下)薄膜电晶体彩色液晶显示面板,产品全部外销。
川奇光电于2002年11月在维扬路19号开发区标准厂房试投产,自有工厂模组二厂(立奇)于2003年12月在吴州西路8号开工建设,2004年6月竣工投产; 模组三厂(川奇)于2004年10月开工,2005年5月正式投产;一厂(川扬)于2010年5月建成投产;四厂(川岳)于2011年5月开工建设,8月份竣工投产。2016年公司实现产值约21亿人民币,实现出口额3.3亿美元。
公司自2006年2月开始量产电子纸,母公司元太科技于2009年并购美国E Ink公司,整合电子纸产业上、中游技术。除了电子书阅读产品外,E Ink电子纸也广泛应用在手机、手表、温湿度显示计、货架卷标和广告广告牌等。此产品陆续取得国际大厂(如日本索尼、邦诺、KOBO、POCKET BOOK等)的认证,并成为日本索尼与网络书店亚马逊之电子书产品的供应商。
展望未来,川奇光电电子纸将致力于提升产品品质,并结合现有数位储存及无线传输科技,大力发展电子纸产业,让电子纸越来越多应用在人们的生活和工作中。
头足类生物的皮肤内有反射板以周期性排列在一起形成生物光子纳米结构,这种超微结构与入射光发生物理作用,反射特定光波,在视觉上呈现虹彩结构色,在其隐身能力中发挥了重要作用。这些头足类海洋生物能够根据行为、环境在几秒到几分钟之内改变反射板的折射率和板厚(即晶格间距),控制自身颜色的变换。通过模拟这种结构,牛文斌教授等人开发出了一种兼具光学和电学双信号同步输出的多功能仿生变色离子皮肤(CIskin),实现了包括拉伸、压力、温度、红外光在内的四重外部刺激的可视化感知。与目前已报道的仿生电子皮肤相比,该CIskin不仅展现出快速的电学/变色同步响应特性,特别是实现了对外部刺激空间分布的可视化,突破了柔性电子学器件难以直接可视化交互的瓶颈,为新兴柔性电子学的发展提供了新思路。研究成果以题为“Cephalopod-Inspired Chromotropic Ionic Skinwith Rapid Visual Sensing Capabilities to Multiple Stimuli”发表在ACS Nano (2021, DOI:10.1021/acsnano.1c00181)上。 原文链接: https://doi.org/10.1021/acsnano.1c00181 将仿生光子晶体结构色与织物结合,是构建可穿戴织物材料、推动结构色材料实用化的有效途径。因此,团队利用光子晶体带隙和氢键之间的协同作用,首先将三维光子晶体结构固定在氢键型超分子弹性体中,制备了具有优良力致变色特性和机械性能的光子弹性体;而后,利用原子层沉积技术在多级微结构的涤纶织物纤维表面化学共轴生长一层透明导电的铝掺杂氧化锌薄膜,得到了导电涤纶织物;最后,将三维光子晶体结构半嵌入到上述织物结构中,成功构造了一种在应变施加时具有快速和持久稳定的光电双响应的新型电子织物,并展示了它们在可视化可穿戴器件中的应用,为基于织物的可视化交互式传感器的实现开辟了新的道路。相关成果以“Interactively mechanochromic electronic textile sensor with rapid and durable electrical/optical response for visualized stretchable electronics” 为题,近日发表在 Chemical Engineering Journal (2021, DOI:10.1016/j.cej.2021.130870)上。 原文链接: https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.130870 光子晶体结构色材料在长期的使用过程中不可避免的会受到外力破坏,这会导致性能降低、甚至功能丧失。针对上述问题,牛文斌教授等人通过设计合成动态共价键网络Vitrimer并引入光子晶体结构中,利用光子晶体带隙和动态共价网络的协同作用,将三维光子晶体结构固定在Vitrimer网络中,从而构建出力学性能优良的Vitrimer光子弹性体。该光子vitrimer弹性体具有良好的机械显色性、优异的力学性能和自愈能力,并可作为一种可视化的人机交互传感器件用于跟踪人体运动。该器件可通过肉眼直接可见的颜色变化,实时感知外界的应变和应力,实现了使用者与设备的直接智能交互。相关成果以“Photonic Vitrimer Elastomer with Self-Healing, High Toughness, Mechanochromism, and Excellent Durability based on Dynamic Covalent Bond”为题,发表在Advanced Functional Materials(2021, DOI:10.1002/adfm.202009017)上。 原文链接: https://doi.org/10.1002/adfm.202009017 柔性光子晶体纤维在通信、生物医学、智能穿戴材料等领域广泛应用,然而,制备具有适应性、多功能、高性能的柔性光子纤维一直是一个巨大的挑战。牛文斌教授等人通过在透明的聚酯纤维表面共轴生长Al2O3/ZnO一维光子晶体壳层,构建了新型的兼具光学和电学功能的形状记忆光子晶体光纤(SMPF)。该光子晶体光纤有可调谐的结构颜色、各向异性的光学反射特性和优异的机械稳定性,特别是,表现出了独特的形状记忆能力。这在以前的光子晶体光纤中很难实现。得益于光子带隙和形状记忆能力,这些SMPF能够应用于光波导,引导光束沿着特定通道进入生物组织深层,用于深部组织成像和光疗等。此外,氧化锌材料的光电、热释电效应,使其可以用作形状记忆温度传感器件,用于实时动态监测口呼吸、鼻呼吸和红外光。该工作为构建柔性多功能光子纤维提供了一个通用平台,并在生物组织深部的光动力治疗、可穿戴电子器件和智能机器等领域具有广阔的应用前景。相关成果以Flexible Multifunctional Photonic Crystal Fibers with Shape Memory Capability for Optical Waveguides and Electrical Sensors为题,近日发表在Industrial & Engineering Chemistry Research 上。 原文链接: 碳纤维是一种导电导热、轻质、高强、耐腐蚀等的战略性新材料,然而其片状石墨微晶结构导致表面化学惰性和高结晶度,传统有机分子染料根本无法对其着色,只能呈现黑色。牛文斌教授等先通过等离子表面活化,进而原子层沉积共轴化学生长一层均匀氧化锌,利用薄膜干涉原理,产生结构色,赋予了碳纤维亮丽颜色;通过调节薄膜厚度,获得了一系列连续可控的彩色碳纤维。在上述基础上,进一步利用氧化锌固有的热释电、压电等特性,将其与柔性导电薄膜ITO/PET结合,设计构建了一种新型彩色碳纤维的单根纤维微传感器件。该微传感器可以对外界UV、温度和红外光进行检测,并具有高柔性、彩色、多功能、小型化的特点,可进一步与其他器件或电路集成,极大的拓展了上述彩色碳纤维材料的应用范围。相关成果以Highly Flexible, Multicolored, and Multifunctional Single-Fiber-Based Microsensors for UV, Temperature, and Infrared Detection为题,近日发表在Industrial & Engineering Chemistry Research (2021, DOI:10.1021/acs.iecr.1c02166)上。 原文链接: https://doi.org/10.1021/acs.iecr.1c02166
https://doi.org/10.1021/acs.iecr.1c01153
图1. 柔性等离子激元生物传感器在人体健康监测中的应用示意图。 与传统刚性等离子激元生物传感器不同,柔性等离子激元生物传感器在人体健康监测领域表现出独特的优势,主要包括:(1)基于柔性基底的可控等离子耦合和量子隧穿效应,从而可实现检测灵敏度和检测范围的精确可调;(2)根据检测对象和应用场景可控的保形性和粘附性;(3)等离子激元和柔性基底多样化的复合方式赋予柔性等离子生物传感器高检测稳定性和机械稳定性;(4)柔性等离子激元生物传感器对于植入式或特殊部位的高生物相容性。 图2. 柔性等离子激元生物传感器相对于传统刚性检测体系在人体健康监测中的优势。 基于多样化的构建方法(包括物理共混,模板法及嵌入式生长等等),柔性等离子生物传感器在人体健康监测领域中的应用也被详细总结,包括血糖、体温、运动、气体(尤其是VOC及COVID-19)、离子及人体健康相关疾病标志物的监测等等。 虽然柔性等离子激元生物传感器在人体健康监测领域发展迅速,但仍然存在较大的挑战,主要体现在以下几个方面:(1)突破柔性等离子激元生物传感器件的尺寸限制;(2)鉴于贵金属纳米粒子的特征光吸收和响应性能,柔性等离子激元生物传感器有望实现高稳定和超灵敏的比色生物传感;(3)开发高生物相容性和生物可降解性的柔性等离子体生物传感器;(4)柔性等离子激元生物传感器向公共卫生干预的推广;(5)建立完善的等离子激元生物传感器与临床医疗的反馈机制。 该工作第一作者为宋丽平博士(中国科学技术大学与杭州师范大学联合培养博士后),杭州师范大学为第一单位。该工作得到了国家自然科学基金(51873222, 52111530128)、浙江省自然科学基金重点项目(Z22B055324)、安徽省重点研发项目(202004g01020016, 202104g01020009)及杭州师范大学启动基金(4095C5021920452)等项目的支持。 原文链接: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.1c07176