闽江学院&宾夕法尼亚州立大学Small Methods：用于多功能应用的高延展性和导电性石墨烯/NiS2薄膜的简易设计

随着智能穿戴设备的迅速发展，迫切需要发展可延展柔性电极材料的大规模、低成本制备技术。然而传统外延薄膜生长和光刻技术不仅工艺流程复杂、对环境要求苛刻，而且无法直接在柔性衬底上直接实现；印刷、喷墨打印技术以及丝网印刷的分辨率不高、输出速度低，且对墨水材料和柔性基底存在诸多限制。

激光加工技术是通过激光光束与材料的非线性相互作用，引起材料性质改变的微纳加工技术，具有加工速度快、精度高等优势，被广泛应用于各种微米/亚微米结构的加工制造。通过激光参数、前体基质和反应环境调节，实现材料的理化特性拓展与方法优化，进一步构建图案化新型功能材料。然而，利用激光加工技术构建兼具优异导电性和机械拉伸性的多功能电极材料仍然是一个挑战。

图1：褶皱形貌graphene/NiS ₂ 复合材料的制备流程及应用示意图。

有鉴于此， 闽江学院 海洋传感功能材料福建省重点实验室张诚研究员、王军教授联合 宾夕法尼亚州立大学 程寰宇教授团队合作，报道了联合激光热还原技术与电镀方法和预拉伸策略制备具有褶皱形貌三维多孔石墨烯/二硫化镍 (graphene/NiS ₂ )复合材料。该材料不仅具有优异的导电率(28 Ωsq ^-1 )，而且在同轴拉伸200%的条件下仍然没有断裂，利用该褶皱形貌 graphene/NiS ₂ 为电极材料构建了高性能的柔性可延展纳米摩擦纳米发电机、超级电容器阵列和人体生理信号传感器(如人体器官/关节微运动、体温、脉搏)。此外通过纳米发电机、超级电容器阵列、穿戴式传感器以及能源/信号管理芯片、无线传输芯片等元器件在柔性基底上集成构建与协同工作，能够实现人体脉搏信号的无创、连续监护。

在本文中，研究人员提出了联合图案化激光还原技术与预拉伸策略制备了褶皱形貌的三维多孔graphene/NiS ₂ 材料。这种具有褶皱形貌的复合材料具有优异导电性、机械柔性、增强电子/离子/分子传输的三维互通结构、更大活性位点。此外，所有器件均采用蛇形导线互联岛桥构型设计，这种互联结构不仅赋予器件柔性可延展，而且利用串/并联连接实现器件输出电特性的有效调控；在材料与器件大规模、低成本制备和集成方面，所有电子器件均采用微观构型与宏观结构/部件一体化的构建方法，便于大规模制备、推广及商业应用。该成果以《Facile Design of Highly Stretchable and Conductive Crumpled Graphene/NiS ₂ Films for Multifunctional Applications》为题发表于 Small methods (2025，2401965. https://doi.org/10.1002/smtd.202401965)。

这项工作得到了国家自然科学基金(52002162, 12174172)、福州市科技计划项目(2024-SG-008)以及闽江学院发树研究基金(MFK24022, MFK23014)的支持。此外，张诚研究员团队采用激光直写技术，发展了一系列高性能石墨烯基纳米复合材料与柔性电子器件，并成功应用于人体健康监护。（ Appl. Phys. Rev. 2022, 9, 011413; Nano Energy , 2021,81, 105609; Dalton Trans. , 2022, 51, 2846; Adv. Mater. , 2023, 2210322； ACS Sens ., 2024,9, 3730）。

论文链接：https://doi.org/10.1002/smtd.202401965

纳米材料 定制合成

王老师

198 2262 5523