《面向光電轉換的高分子基柔性光電功能纖維》是依託北京大學，由鄒德春擔任負責人的重大研究計畫。
基本介紹
- 中文名：面向光電轉換的高分子基柔性光電功能纖維
- 項目負責人：鄒德春
- 依託單位：北京大學
- 項目類別：重大研究計畫
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
由於同時具有多功能性和柔性可編織的優勢，可穿戴電子器件近年來受到了廣泛關注。通過編織柔性光電功能纖維的方法可以實現真正意義上的“電子編織物”。本項目在現有纖維光電器件的工作基礎上，針對目前光電功能纖維存在的問題，以光電功能高分子及其纖維材料為項目的研究載體，從材料體系、電極設計和製備、器件性能和機理三個層面著手，嘗試在高分子基纖維上構築低成本、高性能、穩定性好的光電功能纖維。探索高分子光電功能纖維表面/界面結構和微納結構的調控方法和表征技術，建立高分子纖維可控的光電功能化方法。同時，通過器件物理模型的建立，研究光電功能纖維非平面結構造成的非均勻光場和電場及其新型光-電轉換工作機制。本項目將基本的科學問題與實際的製備技術相結合，致力於解決高分子纖維材料套用於纖維光電器件所面臨的基本問題，為柔性光電功能纖維的進一步發展與實現低成本套用奠定基礎。
結題摘要
近年來，柔性可穿戴電子設備受到廣泛的關注，開發與之相匹配的能源轉換與存儲器件非常必要。其中快速發展的光電功能纖維，通過編織可以實現真正意義上的“電子編織物”。本項目在現有纖維光電器件的工作基礎上，針對目前光電功能纖維存在的問題，以光電功能高分子及其纖維材料為項目的研究載體，從材料體系、電極設計和製備、器件性能和機理三個層面著手，嘗試在高分子基纖維上構築低成本、高性能、穩定性好的光電功能纖維。主要的研究內容可分成兩大部分：高分子基光電功能纖維的設計、組裝，製備技術和工藝，纖維電子器件工作機制研究；以及在此基礎上進行的高分子基光電功能纖維的微/納結構設計，界面科學問題的研究。我們選用聚丙烯腈（PAN）基碳纖維、聚酯纖維等作為電極基底，結合新型的墨水碳、石墨烯等納米碳活性材料，實現了光電轉換效率超過5%的纖維染料敏化太陽能電池。同時，我們還系統研究了PAN基碳纖維的光電功能化，在碳纖維表面實現了多種光電功能金屬氧化物半導體納米材料的可控制備，其中基於TiO2納米線陣列/碳纖維電極的纖維DSSC標準效率達到2.48%，遠高於已報導的碳纖維基DSSCs的效率。系統地研究並製備了以聚丙烯腈基碳纖維作為陰極, 金屬鋅作為陽極的柔性纖維型可充電儲能電池，以及全聚丙烯腈基碳纖維基的柔性纖維型可充電電池，與纖維型染料敏化太陽能結合,系統能量轉化效率可以達到3.42%，有良好的套用前景。針對高性能可拉伸PEDOT超級電容器開發了新型的原位氣相沉積聚合方法，構建出可拉伸、性能穩定的超級電容器，可直接在不同織物基底上構築可穿戴電極，在可穿戴器件方面尤其具有優勢。此外，將近年成為研究熱點的鈣鈦礦材料引入高分子基全固態高分子太陽能電池體系，在使用鈦絲作為基底時獲得了效率達到7.5 %的全固態纖維型鈣鈦礦太陽能電池，為後續在高分子基底上全固態纖維太陽能電池的製備奠定了基礎。總體而言，按照項目計畫任務，很好地完成了各項指標要求，達到了項目的預期成果。
