柔性二維材料的摺紙技術實現材料性能定製的研究

《柔性二維材料的摺紙技術實現材料性能定製的研究》是依託華中科技大學，由臧劍鋒擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：柔性二維材料的摺紙技術實現材料性能定製的研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：臧劍鋒
• 依託單位：華中科技大學

中文摘要

摺紙技術是運用紙上預先定義的摺痕，把紙摺疊出多樣化的可控三維可變形的結構。摺紙的概念在國際上已產生了一些非常重要的套用，如太空中的太陽能電池板、表面超材料、血管支架和可展開的鋰離子電池等。但這些傳統摺紙方法產生的模式通常在巨觀尺度上，且需要有預定義的摺痕，而這些要求大大限制了其高靈活性，可拉伸性和可控性的特點。本課題創新性地將摺紙的概念拓展到二維原子晶體薄膜上，利用巨觀尺度的柔性聚合物基底的機械控制在二維薄膜中形成的皺紋、屈曲、山脊、褶皺和摺疊等跨尺度的表面力學失穩態。本研究重點研究二維薄膜中力學失穩態、應變分布、及其電子結構、熱輸運行為和光電特性之間的內在聯繫，實現對二維材料的熱導率、氣敏和光電回響等特性的精確可控調節，從而推動高性能的氣敏感測器、散熱片、光電探測器等一些新型柔性/可拉伸器件的研究。相信本課題的順利實施，必將在基於二維功能材料的柔性器件的研究與套用上產生一些重要的突破。

結題摘要

活性軟材料與納米材料結合的研究已展現出一些非凡的性能和套用，但該領域面臨的一個重大挑戰是如何在大面積的二維功能材料中通過引入和控制一些新的力學失穩模式，產生一些新的功能和套用。針對這個科學問題，本項目研究了利用摺紙技術引起的二維功能薄膜材料中的力學失穩態與應變分布之間的內在聯繫，及其導致的電子結構、熱輸運行為以及聲、光、電特性的變化；證實了二維薄膜材料的力學失穩態與其熱導行為之間的關係，從而達到通過巨觀手段對納米尺度的熱傳導行為的控制；證實了二維薄膜材料的力學失穩態與其電學和光學行為之間的關係；進一步研究發現了二維薄膜材料在新型柔性/可拉伸器件上的套用，並利用軟材料的可逆變形，結合金納米條帶陣列、石墨烯、量子點、聲子晶體、超表面等實現了可調等離激元器件、可調光子晶體界面態、可拉伸感測器、可調彈性波拓撲態、多功能的聲學超表面器件、多模態柔性電子感測器等器件。本項目的相關研究結果累計在SCI刊物發表研究論文19篇（其中中科院一區論文11篇，包括一篇Nature子刊），EI論文1篇，已授權中國發明專利6項。本項目還培育了柔性超材料這個新的方向，與人體組織模量相匹配的軟材料與特定的超構材料的結合將對面向人體健康信息的探測、傳輸、干預產生積極的影響，值得進一步的研究。