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《深圳先进院研发出新型柔性自支撑磁性薄膜》

  • 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：2020-06-03

  • 中国科学院深圳先进技术研究院医工所纳米调控与生物力学研究中心在 柔性自支撑磁性薄膜 领域取得进展，相关成果以 " Highly Flexible and Twistable Freestanding Single Crystalline Magnetite Film with Robust Magnetism" （具有高柔性、可扭曲、稳定磁性的自支撑四氧化三铁单晶薄膜）为题发表在材料科学领域重要期刊 Advanced Functional Materials （《先进功能材料》，影响因子 15.621 ）上。深圳先进院纳米调控研究中心客座博士生安峰、屈可博士和钟高阔副研究员为论文共同第一作者，深圳先进院纳米调控研究中心钟高阔副研究员、湘潭大学材料科学与工程学院谢淑红教授、北京大学物理学院高鹏教授等为共同通讯作者。 具有高度柔性和大扭曲自由度的磁性薄膜对于可穿戴设备和可植入系统的柔性电子应用至关重要。但是，目前实现高质量单晶磁性材料的柔性化仍面临极大挑战。基于此，深圳先进院纳米调控研究中心功能氧化物材料与器件研究团队引入水溶性材料 Sr 3 Al 2 O 6 作为牺牲层，利用脉冲激光沉积工艺制备了 SrTiO 3 /Sr 3 Al 2 O 6 /Fe 3 O 4 异质结构，通过溶解 Sr 3 Al 2 O 6 牺牲层获得了高质量的自支撑 Fe 3 O 4 单晶薄膜。系统的实验结果证实自支撑 Fe 3 O 4 薄膜具有优异的机械柔性，其中弯曲半径小至 7.18 微米 ，扭转角可达 122 o ( 无损伤 ) 。此外，在大的弯曲变形下，自支撑 Fe 3 O 4 薄膜能保持稳定的磁性能。这项工作为磁性材料柔性化提供了一个可行的解决方案，可广泛应用于各种柔性磁材料的制备，有助于推动微纳功能器件的柔性化发展。 上述工作得到国家重点研发计划纳米科技重点专项和国家自然科学基金等项目的资助。

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相关报告

  • 《深圳先进院研发出具有柔性界面的高稳定双离子电池》
    • 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：2020-03-03
    • ，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唐永炳研究员及其研究团队联合香港理工大学郑子剑教授等人提出一种柔性界面设计策略，对高容量硅负极进行界面应力调控，并将其成功应用于新型硅 - 石墨双离子电池，相关研究成果" Flexible Interface Design for Stress Regulation of a Silicon Anode toward Highly Stable Dual-Ion Batteries " 已在线发表于国际材料顶级期刊《 先进材料 》上（ Adv. Mater. 2020, 1908470 ， IF=25.809 ）。 　　硅负极具有高理论容量（ 4200 mAh g -1 ），储量丰富，是提高双离子电池能量密度的理想负极材料。然而，硅负极严重的体积膨胀（ >300% ）问题制约了其在双离子电池中的应用。虽然研究人员提出了纳米化、多孔结构、复合结构等多种改性方案，但多数采用金属材料作为集流体，硅负极与集流体之间的刚性界面接触造成界面应力集中，从而导致界面开裂甚至活性材料剥落，使得循环性能难以满足实际应用要求。 　　基于此，唐永炳研究员及其团队成员蒋春磊博士、项磊、缪仕杰等人提出一种柔性界面设计策略，对界面应力进行有效调控。通过将硅负极构筑于柔性聚合物织物表面，并在二者之间设计具有良好导电性的界面缓冲层，从而显著缓解界面应力集中，材料经过 50,000 次弯折后仍保持良好的结构完整性。团队将其与膨胀石墨正极材料进行匹配，成功构筑出新型硅 - 石墨双离子电池（ SGDIB ）；研究表明：该双离子电池具有高达 150 C （充电 ＜ 30 秒）的超高倍率和长循环寿命，在 10 C 倍率下循环 2000 次后的容量保持率高达 97% 。此外，这种柔性硅 - 石墨电池展现出优异的柔性和抗弯折能力， 1500 次弯折后容量保持率为 ~84% ，在 10000 次弯折过程中的单次压降仅为 0.0015% ，在高性能柔性储能领域展现出良好的应用前景。该研究同时为改善高容量合金化负极的循环稳定性提供了一种有效的解决策略。 　　该研究得到了国家自然科学基金，广东省科技计划、深圳市科技计划等项目资助。
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  • 《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：2018-07-20
    • 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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