如今，智能手环、智能手表、谷歌眼镜等可穿戴设备已进入许多“潮人”的日常生活，但为可穿戴设备长时间并承受形变后稳定供电，是该领域重大的挑战和攻坚课题。日前，南京工业大学陈苏课题组通过微流体纺丝技术创制出无纺布电极材料，用其构筑的超级电容器成为可穿戴设备供能的最佳选择之一。该研究成果发表在NatureCommunications上并获得评阅人好评。
“这种无纺布电极材料构筑的超级电容器，其能量密度是目前基于纤维材料电极超级电容器的最大值，且具有较高的柔性和变形能力，可以集成到织物里，能够实现在形变条件下稳定供能。”陈苏教授介绍说。
研究团队在导电性较差的黑磷材料层间，原位桥接碳纳米管，极大地提高了其层间电子传导的效率；而且由于黑磷跟石墨烯一样，层间容易堆积，加入碳纳米管后，有效减轻了黑磷层间堆积，提高了比表面积，增大离子吸附表面，提高了离子扩散速率及累积量，使黑磷具有较大的离子扩散通道。
团队再将黑磷复合纺丝液，通过微流体纺丝技术，牵引、固化、熔合成黑磷微纳复合纤维无纺布电极材料，具备高导电性、高能量密度、优异柔性超级电容器功能。构筑成柔性超级电容器，具有较高的柔性和变形能力，可以集成到织物里，能够为可穿戴设备更稳定持久地供能。
“微流体纺丝技术是在传统湿法纺丝快速成型的基础上，结合微流体技术的层流效应，制备出微米级纤维的技术，具有很多传统纺丝技术所不具备的优势，是一种无高压电流、节能、安全且操作简便的纤维制备技术。”该课题组武观老师说，更特别的是，微流体纺丝技术可利用微流体的扩散和层流效应来控制纺丝液的组成和结构，通过模拟生物纺丝器的运作功能来制备出结构可调、排列规整的微纤维。微流体纺丝技术具有快速传质传热、精确操控、易于并行放大、高度可控的连续化生产等特点因此被广泛地应用到生物、医疗、能源、国防等领域。
目前，智能可穿戴设备全球市场年产值约为280亿美元，每年以10%的速度增长。该研究成果提升了在微流控受限空间下构筑一维纳微纤维储能穿戴材料认知水平，可望在LEDs、智能手环、柔性显示器等可穿戴领域获得广泛应用。 周伟