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智能手環、智能床墊、可充電加熱保暖褲……越來越多的智能可穿戴產品如雨后春筍般崛起，但這些產品基本依靠電池、充電寶，或是采用交流電，如何把導電材料做得柔軟貼服且將供能裝置更加簡化，仍然是可穿戴產品亟待解決的問題。

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近日，南京工業大學陳蘇課題組通過微流體紡絲技術創制出非織造布電極材料，采用該材料構筑的超級電容器或許可以為智能可穿戴產品提供更好的供電選擇。

據介紹，微流體紡絲技術是在傳統濕法紡絲快速成形的基礎上，結合微流體技術的層流效應，制備出微米級纖維的技術，具有很多傳統紡絲技術所不具備的優勢，是一種無高壓電流、節能、安全且操作簡便的纖維制備技術。

基于微流體紡絲技術制備黑磷復合纖維非織造布示意圖

更特別的是，微流體紡絲技術可利用微流體的擴散和層流效應來控制紡絲液的組成和結構，通過模擬生物紡絲器的運作功能來制備出結構可調、排列規整的微纖維。微流體紡絲技術具有快速傳質傳熱、精確操控、易于并行放大、高度可控的連續化生產等特點，因此被廣泛的應用到生物、醫療、能源、國防等領域。

微流體紡絲技術制備黑磷復合纖維非織造布電極示意圖以及彎曲性能

該研究團隊在導電性較差的黑磷材料層間，通過在二維黑磷（BP）片層原位橋接一維碳納米管（CNTs），極大地提高了其層間電子傳導的效率；而且由于黑磷跟石墨烯一樣，層間容易堆積，加入碳納米管后，有效減輕了黑磷層間堆積，提高了比表面積，增大了離子吸附表面，提高了離子擴散速率及累積量，使黑磷具有較大的離子擴散通道。

(a) 柔性超級電容器的結構原理圖

(b) 柔性超級電容器與其他電容器的能量密度對比

(c)三種不同結構電極的電荷分布

(d)三種不同結構電極的電荷精確分布

然后該研究團隊將黑磷復合紡絲液通過微流體紡絲技術，牽引、固化、熔合成黑磷微納復合纖維非織造布電極材料，具備高導電性、高能量密度、優異柔性超級電容器功能。采用該非織造材料構筑的柔性超級電容器具有較高的柔性和變形能力，可以集成到織物里，為可穿戴設備更穩定持久地供能。目前已成功應用在LEDs、智能手表、彩色顯示屏等電子器件中。

柔性超級電容器的構筑及應用示意圖

陳蘇教授介紹說：“采用微流體紡絲技術制成的這種非織造布電極材料，用來構筑的超級電容器，其能量密度是目前基于纖維材料電極超級電容器的最大值，且具有較高的柔性和變形能力，可以集成到織物里，能夠實現在形變條件下穩定供能。”

不同彎曲角度下，柔性超級電容器為LEDs的形變供能

柔性超級電容器為智能手表供能

兩個電容包串聯為彩色顯示屏供能

該方法不僅為先進電極材料的設計提供新思路，還極大促進柔性超級電容器在可穿戴電子領域的發展，有望取代微電池并廣泛應用于新能源能量存儲領域。研究成果已于2018年11月1日發表在《自然·通訊》上（“Microfluidic-spinning construction of black-phosphorus-hybrid microfibres for non-woven fabrics toward a high energy density flexible supercapacitor, 2018, 9: 4573.”Nature Communications）。