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哈工大:钙钛矿中间相凝胶用于多功能电子皮肤!
军工资源网    2020-02-12 04:03:27    文字:【】【】【
近日,哈尔滨工业大学化工与化学学院叶腾凌副教授课题组第一次报道了一种使用Sn基钙钛矿中间相凝胶(PIGel)作为传感材料的新型多功能电子皮肤传感器。基于PIGel的电子皮肤传感器可以轻松检测到机械刺激(例如伸缩,手指弯曲,语音识别和脉搏监测)、温度变化和电致变色信号。这种多功能电子皮肤传感器不仅实现了单材料多功能的特点,而且结合了钙钛矿廉价且简单的溶液制备技术,为钙钛矿材料探索了一个新的令人兴奋的应用领域。目前,该成果以“Multifunctional Electronic Skin Based on PerovskiteIntermediate Gels”为题,发表于国际知名学术期刊Advanced Electronic Materials。


论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aelm.201901291



图1:基于钙钛矿中间相凝胶的电子皮肤器件,同时实现了应变传感、温度传感及电致变色的功能


在该项研究中,科研人员首次通过简单的溶剂工程成功地制备了锡基类钙钛矿(MA2SnI6)单晶及其钙钛矿中间相凝胶(PIGel)。钙钛矿前体溶液是MAI和SnI4的混合物(MAI:SnI4的摩尔比为2:1)溶解在γ-丁内酯(GBL)中。如图2所示,该混合物在GBL中显示出良好的溶解性,并呈液态。通常来说,将合适浓度的前体溶液置于反溶剂气氛中时,往往会得到钙钛矿晶体。


令人意外的是,对于Sn(IV)基钙钛矿前体溶液,不同的反溶剂导致完全不同的结果。当将钙钛矿前体溶液在二氯甲烷气氛中放置3天时,形成了许多具有规则八面体形状的小晶体,其MA2SnI6单晶。当反溶剂从二氯甲烷变为甲苯(Tol)时,三天后,形成了凝胶态的钙钛矿中间相,其中稳定的钙钛矿中间相凝胶(PIGel)为首次报道,如图2所示。


此外,通过SEM,光学照片,同步辐射X射线衍射技术(2D-GIWAXS),单晶X射线衍射(XRD),拉曼光谱和傅立叶变换红外光谱(FTIR)研究了PIGel的组成和MA2SnI6单晶的结构。详细研究了PIGel和MA2SnI6单晶的形成机理。



图2:钙钛矿中间相凝胶(PIGel)


通过接触角测量,光学照片,粉末XRD和SEM表征了PIGel的电学和润湿性能。PIGel在不同基材(聚四氟乙烯,聚二甲基硅氧烷或聚酰亚胺)的表面上显示出良好的离子传输性能和出色的润湿性能。基于这些优异的性能,制备了PIGel多功能电子皮肤传感器,可以轻松检测到机械刺激、温度变化和电致变色信号,如图3所示。这项工作不仅拓宽了电子皮肤传感材料的选择范围,同时期望能为拓宽钙钛矿材料应用领域起到抛砖引玉的作用。



图3:基于钙钛矿中间相凝胶的电子皮肤器件结构(a)及其拉伸应变响应(b,c)、手指弯曲响应(d,e),声音识别(f,g),脉搏检测(h,i)


该成果以哈尔滨工业大学化工与化学学院叶腾凌副教授与黑龙江省科学院高技术研究院何冬青研究员为共同通讯作者,哈尔滨工业大学为第一完成单位。该研究得到了国家自然科学基金、中国博士后基金、黑龙江省自然科学基金的大力支持。

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