郑大在高分子材料加工制备柔性传感器及光电能源材料获系列进展

1、在熔体成型加工功能化制备方面取得进展

近日，郑州大学先进高分子加工研究所在熔融加工制备传感器领域取得积极进展。相关成果以题为“Multifunctional interlocked e-skin based on elastic micropattern array facilely prepared by hot-air-gun” 的论文，发表在国际期刊《Chemical Engineering
Journal》（IF=10.625，中科院一区）。本文提出了一种用简易的熔融加工方法（即微结构模具和热风枪）简单高效地制备导电弹性体薄膜表面微图案，实现单壁碳纳米管 (SWCNTs) /热塑性聚氨酯 (TPU)
复合导电膜能够复制模板的结构，使其在复合导电膜表面形成类似半球形微图案阵列，并组装成多功能的互锁电子皮肤。第一作者为郑州大学材料科学与工程学院硕士研究生张亚杰，通讯作者是郑国强教授，郑州大学为唯一通讯单位。

此外，另外一篇相关成果以题为“Alternating aligned conductive stripes in polypropylene film with remarkable anisotropy for sensing application” 的论文，发表在国际期刊《Sensors and Actuators: B.
Chemical》（IF=7.1中科院一区，中科院一区）。本文将常规的熔融加工中的挤出成型与微切片技术相结合，简单高效地制得具有多壁碳纳米管（MWCNTs）取向条带结构的各向异性导电薄膜（ACFs）并将其应用于有机气体探测，该微型气敏器件能够高选择性、快速有机气体，在高性能化、智能化、微型化的高分子基传感器件领域具有广阔的应用前景。第一作者为郑州大学材料科学与工程学院已毕业硕士研究生赵康（现在南开大学攻读博士学位），通讯作者是郑国强教授，郑州大学为第一通讯单位。

以上项目获得到了国家自然科学基金，河南省高校科技创新团队，河南省自然科学基金等项目的支持。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.127960

https://doi.org/10.1016/j.snb.2020.129370

2、在柔性传感材料领域取得积极进展

近日，高分子加工研究所在柔性传感材料研究领域取得积极进展。相关成果以“Hollow-porous fibers for intrinsically thermal insulating textiles and wearable electronics with ultrahigh workable sensitivity”为题发表于材料科学领域知名期刊《Materials
Horizons》（IF=12.319）。材料科学与工程学院硕士研究生于云飞为第一作者，代坤教授为通讯作者，天津大学张志成教授为论文合作通讯作者，郑州大学为第一通讯单位。

柔性导电复合材料可用作可穿戴智能器件，广泛应用于电子皮肤、人机交互、机器人等领域，郑州大学橡塑模具团队近年来致力于柔性传感材料的研发。多功能性对智能化、交互式柔性电子的发展至关重要。然而，各功能间相互干涉，难以兼顾。代坤教授小组于2018年开始，制备了一系列用于可穿戴传感材料的柔性多孔纤维（ACS Applied Materials Interfaces, 2018, 10:
34592-34603；Advanced Electronic Materials, 2019, 5: 1900538；Composites Science and Technology, 2018, 168, 126-132；Composites Science and Technology, 2020, 189,
108038）。最新的研究结果中代坤教授小组设计了多功能集成一体化的多孔传感纤维，该纤维具有极高的应变响应度，可用于具有保暖功能的集成多功能柔性传感织物，可应用于航天、医疗等领域。

本研究获得国家自然科学基金，河南省优秀青年科学基金等项目的支持。

文章链接：

https://doi.org/10.1039/D0MH01818J

3、在高分子结晶与相转变研究领域取得积极进展

近日，高分子加工研究所陈静波教授团队在高分子结晶与相转变研究领域取得积极进展。相关成果以“Dewetting-Induced Alignment and Ordering of Cylindrical Mesophases in Thin Block Copolymer
Films”为题发表于高分子领域权威期刊《Macromolecules》。材料科学与工程学院硕士研究生张恒为第一作者，陈静波教授和张彬教授为通讯作者，郑州大学为唯一通讯单位。

在纳米尺度上构筑规则取向的表面图案日益引起关注。该团队于2015年初发现高分子去润湿可以引起大分子链取向并诱导产生各向异性的结晶结构（Macromolecules 2015, 48,
1518-1523）。最近研究结果表明，利用嵌段共聚物薄膜去润湿前沿流场的对准能力，可实现高度取向有序微相分离结构的制备，并初步探明了去润湿诱导嵌段共聚物取向结构的形成机制。本工作成功的拓展了高分子微纳加工的范畴，在纳米光刻和纳米电学等多个领域具有潜在的应用。

全文链接：

https://dx.doi.org/10.1021/acs.macromol.0c01233

4、【综述】天然高分子纳米聚集体为结构单元的新材料构建

郑州大学材料科学与工程学院汤克勇教授团队以Biopolymer Nano-Scale Assemblies as Building Blocks for New Materials: A Review为题在国际顶尖期刊Advanced Functional Materials (IF 16.836)上发表以天然高分子纳米聚集体为结构单元的新材料构建与应用的长篇综述论文。

基于生物质的天然高分子具有绿色、可再生、可降解和生物相容性好等优势。从分子尺度到宏观尺度，天然高分子经过逐级组装形成高度有序的多层级结构，赋予了生物组织高韧性、高强度及生物功能性。为充分合理地利用天然高分子资源，人们从生物质中分离出天然高分子纳米聚集体，将其作为基本单元所构建出的新材料具有显著优异的结构与性能。该文章综述了以天然高分子聚集体为结构单元的新材料设计与构建的方法，以及这些材料在生物医学、电子、环境和传感等领域的新应用。

本论文第一完成单位为郑州大学，材料科学与工程学院裴莹副教授为第一作者，汤克勇教授和美国Tufts大学David Kaplan教授为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金的资助。

全文链接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202008552

5、在光电能源转换材料研究方面取得进展

α-Fe2O3由于其带隙较窄，对可见光的吸收效率高，具有合适的价带能级位置的特点，成为一种理想的光电催化阳极电极材料，其理论电流密度可达12.6 mA
cm–2。然而，由于较为严重的载流子体相复合和较高的表面态密度导致的表面复合，其光电转化效率仍处于较低水平。为了进一步提高Fe2O3电极的光电流密度，人们尝试了构建异质结结构和负载表面钝化层来抑制光生电子空穴对的复合现象。In2O3作为一种金属氧化物半导体材料，具有良好的透光性及较高的电导率，同时和Fe2O3具有相同的配位数和相似的晶体结构，是一种非常理想的钝化层材料。然而，类似复合体系的分析大多局限于钝化机理的阐述，对于界面处的电荷转移行为以及异质结构对其PEC性能的作用机理仍不明确。

近日，易莎莎博士在Fe2O3纳米阵列表面包覆生长In2O3纳米薄层，重点研究了In2O3对Fe2O3光阳极表面及体相的电荷行为，阐述光电性能增强机理。在光电催化过程中，In2O3不仅可以作为钝化层降低Fe2O3电极的表面态密度，抑制载流子表面复合，而且其异质结构还能引发界面处载流子的定向迁移，从而形成内建电场推动光生电子和空穴朝相反方向运动，最终实现光生载流子的高效分离。该研究以题为“Coupling
Effects of Indium Oxide Layer on Hematite Enabling Efficient Photoelectrochemical Water Splitting”的论文发表在Applied Catalysis B:
Environmental（影响因子：16.683，中科院大类一区）上。郑州大学材料学院易莎莎老师为本文第一作者兼通讯作者，化学学院岳新政老师和材料学院陈德良教授为本文共同通讯作者，郑州大学材料学院为本文第一通讯单位。

上述工作得到国家自然科学基金、中原博士后创新人才和中国博士后科学基金等项目资助。

全文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0926337320310663

来源：新材料资讯综合整理于郑州大学