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《深圳先进院发表仿生传感与驱动材料综述》

  • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者： 冯瑞华
  • 发布时间：2019-05-17

  • 中国科学院深圳先进技术研究院医工所纳米调控研究室杜学敏副研究员（通讯作者）及其团队成员赵启龙博士（第一作者）、王运龙博士（共同第一作者）和崔欢庆助理研究员等在光电磁功能材料知名期刊 Journal of Materials Chemistry C 上发表仿生传感与驱动材料研究综述，全面总结了可随外界环境变化发生颜色和形状改变的仿生传感与驱动材料的设计原理和研究进展，并详细评述了这类材料在传感器、执行器、柔性电子、软体机器人、生物医药等多领域的应用和发展前景（ Bio-inspired Sensing and Actuating Materials , Journal of Materials Chemistry C , 2019, DOI: 10.1039/C9TC01483G, IF: 5.976 ）。该综述文章同时被选为 Back cover 与 2019 Journal of Materials Chemistry C HOT Papers 并重点报道。 　　自然界中许多生物（如章鱼、变色龙、松果、含羞草等）经亿万年进化具备了通过颜色和形态改变来响应环境变化（如湿度、温度、光照、触碰等）的神奇能力，极大提升了生物的环境适应能力和生存能力。生物的这类环境适应性行为，也启发了科学家们研究开发可感知外界刺激并动态改变颜色和形态的新型仿生智能材料。在仿生策略指引下，通过对材料分子功能、微纳结构的合理设计，科学家成功构建了一系列可响应特定刺激并产生颜色和形状改变的新型仿生传感与驱动材料。这类仿生材料在诸多领域，特别是传感器和执行器等方面，具备传统材料难以具有的独特优势和巨大潜力。 　　在前期研究工作中，杜学敏及其研究团队在仿生变色材料（ J. Mater. Chem. C, 2015, 3, 3542; ACS Appl. Mater. Interfaces, 2017, 9, 38117; Sensor Actuat. B, 2016, 223, 318 ）和变形材料（ Adv. Mater. 2017, 29, 1702231; Research, 2019, 2019, 6398296; ACS Appl. Mater. Interfaces, 2019, 11, 15927 ）等方面取得了重要进展，阐述了其变色与变形机制及设计策略，并进一步探索了这类变色材料和变形材料在生化传感、功能化柔性电子、组织工程等领域应用前景（ Adv. Funct. Mater., 2018, 28, 1801027; Adv. Mater. Technol., 2017, 2, 1700120; J. Mater. Chem B, 2013, 1, 1535; J. Mater. Chem. A, 2018, 6, 24748 ）。 　　该系列研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然基金、广东省、深圳市等科技项目资助。 　　论文链接 图1 生物界中诸多生物的环境响应特性（如松果鳞片在不同湿度环境下的开合调节）启发了新型仿生传感和驱动材料的研发。

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    • 编译者：冯瑞华
    • 发布时间：2018-07-20
    • 中国科学院深圳先进技术研究院集成所功能薄膜材料研究中心研究员唐永炳（通讯作者）及其团队成员王蒙（第一作者）在《先进能源材料》（Advanced Energy Materials，封面论文）上发表综述，评述了新型双离子电池体系中的反应机理、优势、挑战及最新研究进展（A Review on the Features and Progress of Dual-Ion Batteries 2018, 8, 1703320）。 　　双离子电池具有高工作电压、低成本、环保且易回收等优势，已受到国内外的广泛关注。但由于传统双碳结构的双离子电池因石墨的压实密度和理论容量的限制，因此能量密度较低。鉴于此，唐永炳团队提出了一种一体化电极的设计思路，以廉价、环保且储量丰富的铝箔同时作为负极活性材料和集流体，与石墨正极材料构建了新型高效低成本铝-石墨双离子电池体系（Adv. Energy Mater., 2016,6,1502588;PCT/2015/09996）。该电池体系采用廉价且环保的铝箔和石墨分别作为负极和正极材料，省去了钴酸锂等传统正极材料，电池更为环保且回收容易，并大幅降低制造成本，平均工作电压高达4.2V，显著提升了双离子电池能量密度。此外，团队还将一体化电极设计思路成功拓展到了新型锂电体系(Adv.Mater. 2016,29,1604219; PCT/CN2016/081346, PCT/CN2016/081344, PCT/CN2016/081345)，显著提升了传统锂电的能量密度，并大幅降低制造成本。 　　团队后续为提高铝负极在新型电池中的稳定性，对其进行了结构和界面的调控，分别研发出三维多孔铝/碳负极（Adv.Mater.,2016,28,9979，PCT/CN2016/081344；PCT/CN2016/081345）、具有中空界面结构的铝负极（Adv.Mater.,2017,29,1606805）、碳包覆的纳米铝负极（Adv.Energy Mater.,2017,7,1701967）、活性材料/集流体/隔膜一体化的多功能电极（Adv.Funct.Mater.,2017,1703035; PCT/CN2017/078204）以及超高倍率性能的一体化柔性电池（Adv. Energy Mater.,2017,7,1700913; PCT/CN2017/078205）。团队还将一体化设计的新思路拓展到了储量丰富的碱（土）金属离子电池体系，成功研发出了成本更低且不依赖于有限锂矿资源的环保型钠基双离子电池（Adv.Energy Mater., 2017,7, 1601963；PCT/CN2015/099967）、钾基双离子电池（Adv. Mater., 2017,29,1700519; Adv.Energy Mater.,2017,7,1700920，PCT/CN2017/074632）以及新型室温高电压钙离子电池（Adv.Sci,2018, 1701082; Nature Chemistry 2018,10,667; CN201710184368.1, PCT/CN2017/078203）。 　　团队基于上述技术已申请发明专利55项，PCT专利21项，中国发明专利26项，美国专利2项，欧盟专利2项，日本专利2项，韩国专利2项，并成功完成了技术转移孵化，建成的圆柱、软包、方壳电池中试产线已顺利完成验收，研发的新型电池已顺利通过第三方权威机构检测。 　　该系列研究工作得到了中国科学院科技项目、广东省科技项目、深圳市孔雀团队和孔雀人才等的资助。
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  • 《成功完成技术转移孵化 深圳先进院发表新型双离子电池综述》
    • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：冯瑞华
    • 发布时间：2018-07-18
    • 中国科学院深圳先进技术研究院集成所功能薄膜材料研究中心研究员唐永炳（通讯作者）及其团队成员王蒙（第一作者）在《先进能源材料》（Advanced Energy Materials，封面论文）上发表综述，评述了新型双离子电池体系中的反应机理、优势、挑战及最新研究进展（A Review on the Features and Progress of Dual-Ion Batteries 2018, 8, 1703320）。 双离子电池具有高工作电压、低成本、环保且易回收等优势，已受到国内外的广泛关注。但由于传统双碳结构的双离子电池因石墨的压实密度和理论容量的限制，因此能量密度较低。鉴于此，唐永炳团队提出了一种一体化电极的设计思路，以廉价、环保且储量丰富的铝箔同时作为负极活性材料和集流体，与石墨正极材料构建了新型高效低成本铝-石墨双离子电池体系（Adv. Energy Mater., 2016,6,1502588;PCT/2015/09996）。该电池体系采用廉价且环保的铝箔和石墨分别作为负极和正极材料，省去了钴酸锂等传统正极材料，电池更为环保且回收容易，并大幅降低制造成本，平均工作电压高达4.2 V，显著提升了双离子电池能量密度。此外，团队还将一体化电极设计思路成功拓展到了新型锂电体系(Adv.Mater. 2016,29,1604219; PCT/CN2016/081346,PCT/CN2016/081344, PCT/CN2016/081345)，显著提升了传统锂电的能量密度，并大幅降低制造成本。 团队后续为提高铝负极在新型电池中的稳定性，对其进行了结构和界面的调控，分别研发出三维多孔铝/碳负极（Adv.Mater.,2016,28,9979，PCT/CN2016/081344；PCT/CN2016/081345）、具有中空界面结构的铝负极（Adv. Mater.,2017,29,1606805）、碳包覆的纳米铝负极（Adv.Energy Mater.,2017,7,1701967）、活性材料/集流体/隔膜一体化的多功能电极（Adv.Funct.Mater.,2017,1703035; PCT/CN2017/078204）以及超高倍率性能的一体化柔性电池（Adv. Energy Mater.,2017,7,1700913; PCT/CN2017/078205）。团队还将一体化设计的新思路拓展到了储量丰富的碱（土）金属离子电池体系，成功研发出了成本更低且不依赖于有限锂矿资源的环保型钠基双离子电池（Adv.Energy Mater., 2017,7, 1601963；PCT/CN2015/099967）、钾基双离子电池（Adv. Mater., 2017,29,1700519; Adv.Energy Mater.,2017,7,1700920，PCT/CN2017/074632）以及新型室温高电压钙离子电池（Adv.Sci,2018, 1701082; Nature Chemistry 2018,10,667; CN201710184368.1, PCT/CN2017/078203）。 团队基于上述技术已申请发明专利55项，PCT专利21项，中国发明专利26项，美国专利2项，欧盟专利2项，日本专利2项，韩国专利2项，并成功完成了技术转移孵化，建成的圆柱、软包、方壳电池中试产线已顺利完成验收，研发的新型电池已顺利通过第三方权威机构检测。 该系列研究工作得到了中国科学院科技项目、广东省科技项目、深圳市孔雀团队和孔雀人才等的资助。
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