Transparent and flexible high-power supercapacitor based on carbon nanotube fibre aerogels
在这项工作中，我们报告了连续的透明和灵活的超级电容器的制造，通过沉积碳纳米管网络上的聚合物电解质膜直接从气凝胶的超长碳纳米管产生浮动在气相中。超级电容器结合了高透射率下的$1370 kW kg^{-1}$的记录功率密度（$ca. 70%$）、延长循环期间的高电化学稳定性（$>94%$电容保持超过$20 000 cycles$）以及抵抗重复的$180°$弯曲变形。与现有技术的基于石墨烯、CNT和rGO的透明超级电容器相比，它们表现出1-3个数量级的显著增强。这些特征主要源于CNT的异常长的长度，这使得材料表现为体导体而不是纵横比受限的导电网络，即使对于具有$>90%$透明度的电极也是如此。透明导体的电优值和电容优值分别为$FoMe = 2.7$和$FoMc = 0.46 F S^{-1} cm^{-2}$
2021-01-28 cond-mat.mtrl-sci
Damage-tolerant, laminated structural supercapacitor composites enabled by integration of carbon nanotube fibres
结合能量储存能力和结构机械性能的多功能材料的自然实施例是层状结构，类似于层压结构复合材料和电化学能量储存装置。一种具有集成双电层电容存储的结构复合材料，通过树脂灌注叠层来生产，所述叠层包括用作机械增强的织造玻璃织物、用作电极/集电器的碳纳米管非织造织物和聚合物电解质。能量存储层图案化有孔，其在集成之后形成用于层之间的机械互连的树脂塞，类似于铆钉。有限元建模用于优化铆钉形状和面密度对层间剪切性能的影响。在三点弯曲过程中的恒电流充电放电测试表明，在3.5 V下的大挠度或重复加载/卸载循环后，性能没有退化。这种机械公差是消除金属集电器和多功能材料的有效集成的结果，如通过电子显微镜和X射线计算机断层成像观察到的。相比之下，具有金属集电器的对照样品，类似于嵌入式装置，在反复弯曲时迅速降解。
2020-08-12 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Additive manufacturing for energy storage: Methods, designs and materials selection for customizable 3D printed batteries and supercapacitors
特别是增材制造和3D打印有可能彻底改变现有的制造工艺，其中具有复杂结构和形状的物体可以用多功能材料系统构建。对于电池和超级电容器等电化学储能设备，3D打印方法允许在设计阶段基于最终用途应用需求构思替代形状因子。增材制造的储能设备需要可打印的活性材料和复合材料，这受到性能要求和基本电化学的影响。电化学响应、稳定性、材料类型、物体复杂性和最终用途应用之间的相互作用是实现3D打印用于电化学储能的关键。在这里，我们总结了最新的进展，并强调了3D打印制造的储能设备的方法，设计和材料选择的重要作用，这对于目前使用的大多数方法都是通用的。
2019-12-10 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Chiral two-dimensional MoS2 by molecular functionalization as ultra-sensitive detectors for circularly polarized light
Department of Materials Science & Metallurgy, University of Cambridge（剑桥大学材料科学与工程系）
本研究通过手性硫醇分子功能化在二维MoS₂中诱导手性，制备出的圆偏振光探测器具备高响应度与接近理论极限的各向异性g因子，为相关传感与量子应用提供了新途径。
2024-04-09 cond-mat.mtrl-sci
Field-effect transistors assembled from functionalized carbon nanotubes
我们已经制造了场效应晶体管从碳纳米管使用一种新的选择性布局方案。我们使用的碳纳米管与含有异羟肟酸官能团的分子共价结合。官能化的纳米管与碱性金属氧化物表面强烈结合，但不与二氧化硅结合。在退火时，功能化被去除，恢复纳米管的电子性质。我们制作的器件显示出优良的电学特性。
2006-11-02 cond-mat.mtrl-sci
Conformal Titanium Nitride in a Porous Silicon Matrix: a Nanomaterial for In-Chip Supercapacitors
今天的超级电容器储能器通常是针对印刷电路板和电源应用的分立器件。自主传感器网络和可穿戴电子产品的发展以及移动设备的智能化将大大受益于能量存储与有源设备集成的解决方案。基于多孔硅（PS）的纳米结构由于非常高的固有表面积与体积比以及与微电子制造工艺的兼容性而提供了一种集成途径。不幸的是，原始PS在电解质中具有有限的润湿性和差的化学稳定性，并且PS基质的高电阻严重限制了功率效率。在这项工作中，我们证明了优异的润湿性和电化学性能，在水溶液和有机电解质，可以通过涂覆的PS矩阵与超薄层的氮化钛原子层沉积。我们的方法导致非常高的比电容（15 F/cm $^3$）、能量密度（1.3 mWh/cm $^3$）、功率密度（高达214 W/cm $^3$）和优异的稳定性（超过13，000次循环）。此外，我们表明，PS-TiN纳米材料可以集成在硅芯片单片结合MEMS和纳米纤维技术。这导致了芯片内超级电容器的实现，即，它开辟了一种新的方式来利用硅芯片的非活性体积来存储能量。
2016-03-02 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
A pseudo-capacitive chalcogenide-based electrode with dense 1-dimensional nanoarrays for enhanced energy density in asymmetric supercapacitors
超级电容器作为下一代储能系统受到广泛关注，为了实现超级电容器的进一步发展，合理设计具有更好电化学结构的活性电极材料是提高超级电容器高比能量和功率密度性能的重要因素之一。我们提出并成功地生长硫化铜（CuS）纳米线（NWs）作为硫族化合物为基础的电极材料直接在铜网集流体使用一个简单的液-固化学氧化过程和阴离子交换反应的组合。我们发现，所制备的CuS纳米线具有良好的阵列结构与纳米尺寸的晶粒，高的纵横比和密度，以及良好的机械和电气接触的铜网。所获得的CuS NW基电极，与额外的粘合剂和导电材料的自由，表现出高得多的面积电容378.0 mF/cm 2和优良的循环性能的约90.2%的保留在2000充电/放电循环，由于其独特的结构，电气和电化学性能。此外，对于实际的SC应用，非对称超级电容器是使用活性炭作为阳极和CuS纳米线作为阴极，并表现出良好的电容保持率的91%，在2000充电/放电过程中和优异的体积能量密度的1.11 mW h/cm 3相比，其他报道的赝电容SC。
2019-05-15 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Graphene Aerogel Ink for the Inkjet Printing of the Micro-Supercapacitors
通过喷墨印刷大规模制造微尺度能量存储装置的进展依赖于高质量可印刷油墨的开发。地球上丰富的无毒碳材料如石墨烯、碳纳米管（CNT）、还原氧化石墨烯（r-GO）已经显示出优异的电化学性能，因此作为合适的电极材料引起了极大的兴趣。在这里，我们报告了可印刷的石墨烯气凝胶油墨的配方和通过喷墨印刷方法在柔性聚酰亚胺基板上制造微型超级电容器（μ-SC）。使用原始石墨烯气凝胶的优点旨在避免复杂的加工步骤和在油墨配方中使用有毒化学品，并降低其他添加剂组分的浓度。因此，实现了可印刷油墨中活性功能材料的更高负载。气凝胶油墨直接用于在室温下经由喷墨印刷在柔性聚酰亚胺基底上写入叉指型y-SC器件。使用有机离子液体在0-1伏的电压范围内测量的电化学性能。这些印刷的μ-SC在6微安/cm 2的电流密度下显示出55 μF/cm 2的面积容量。印刷的器件显示出良好的稳定性，在10，000次循环后具有约80%的容量保持率。与基于石墨烯的μ-SC相反，气凝胶微型超级电容器即使在~ 2 Vs-1的非常高的扫描速率下也没有在CV扫描中显示出显著的失真。因此，我们提出石墨烯气凝胶作为大规模生产μ-SC的有前途的电极材料。
2020-07-03 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Spectral emission dependence of tin-vacancy centers in diamond from thermal processing and chemical functionalization
我们报告了一个系统的光致发光（PL）的光谱发射特性的研究在离子注入和退火后，在金刚石中制造的个别光学缺陷。在620 nm、631 nm和647 nm处的三条谱线被识别并归因于SnV中心，这是由于它们出现在非常相同的单光子发射缺陷的PL光谱中。我们表明，这三个光谱特征的相对发生率可以通过氧化热退火后的样品表面进行修改。最后，我们报告了每一类单个发射体的相关发射性质，包括激发态发射寿命和发射强度饱和参数。
2021-06-14 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Wettability and sp2/sp3 ratio effects on supercapacitor performance of N-doped hydrogenated amorphous Carbon Nanofoam
本研究通过真空退火调控 N 掺杂无定形碳纳米泡沫的润湿性与 sp2/sp3 比例，使其比电容提升约50倍，并结合原位拉曼-电化学测量解释了比电容随扫描速率增加的活化机制。
2025-07-22 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Interaction of Luminescent Defects in Carbon Nanotubes with Covalently Attached Stable Organic Radicals
具有发光sp $^{3}$缺陷的单壁碳纳米管（SWCNT）的功能化极大地提高了其在量子光源和生物成像等应用中的性能。在这里，我们报告了纯化的半导体单壁碳纳米管与稳定的有机基团（全氯三苯基甲基，PTM）进行净自旋的共价官能化。该模型系统使我们能够使用近红外光致发光所产生的缺陷局部激子作为一个高度敏感的探针PTM自由基和单壁碳纳米管之间的短程相互作用。我们的研究结果指向增加的三重态激子人口由于自由基增强的系间交叉，这可以提供访问难以捉摸的三重态歧管单壁碳纳米管。此外，这种简单的自旋标记缺陷的合成路线可以使磁共振研究与功能化单壁碳纳米管的体内荧光成像互补，并促进具有磁性可切换电荷传输的自旋电子器件的可扩展制造。
2021-03-23 cond-mat.mtrl-sci
Physical Removal of Metallic Carbon Nanotubes from Nanotube Network Devices Using a Thermal and Fluidic Process
基于碳纳米管薄膜的电子和光电子器件目前受到金属纳米管存在的限制。在这里，我们提出了一种新的方法，基于纳米管的烷基官能化，从这样的网络设备物理去除金属纳米管。该方法依赖于从半导体纳米管的烷基的优先热解吸和随后的溶解和选择性去除的金属纳米管在氯仿中。该方法是通用的，并适用于设备后制造。
2013-02-01 cond-mat.mtrl-sci
Evolution of 3D Printing Methods and Materials for Electrochemical Energy Storage
增材制造已经彻底改变了直接从设计开始的材料构建，允许在复杂的3D设计中使用多种材料进行高分辨率快速原型制作。3D打印已经实现了高强度的损伤容限结构，生物打印的人造器官和组织，超轻金属，医学，教育，假肢，建筑，消费电子产品，并作为工程师和爱好者的原型工具。近年来，3D打印已成为电池和超级电容器的复杂电极和材料组装方法的有用工具。该领域最初是从基于挤出的方法（如熔融沉积成型）发展而来，并发展到复杂复合材料的光聚合印刷，而超级电容器技术对溶剂不太敏感，通常涉及材料喷射过程。支撑3D打印电池和许多其他设备的每个部分是打印方法和进料的性质。材料纯度、打印保真度、准确性、复杂性以及形成导电、陶瓷、玻璃或溶剂稳定塑料的能力在一定程度上依赖于进料或复合材料的性质，以至于3D可打印电池和电化学能量存储设备的未来将取决于材料和打印方法，这些材料和打印方法将通过设备的要求以及如何制造来协同通知。在这个角度，我们解决了3D打印电池和超级电容器的材料和方法要求，并通过将现有的性能限制与可打印储能材料，外壳材料以及电极和电解质的直接打印要求联系起来，概述了该领域未来的要求。我们还展望未来，从增材制造中汲取灵感，将材料和打印方法联系起来，以实现新的形状因子细胞。
2019-12-09 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Direct laser ablation of 2D material films for fabricating multi-functional flexible and transparent devices
本文提出利用光纤激光烧蚀在透明基底上直接图案化石墨和TMD薄膜，无需光刻或溶剂即可制备应变计、超级电容器和光电探测器阵列，并验证了其在柔性半透明成像中的应用潜力。
2025-06-04 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
3D Printing of 2D Atomically Thin Materials
新兴的新技术范式，物联网，需要一个设备小型化的过程，将几个功能组件，如传感器，执行器和供电元件，组合在一个单独的片上平台。一个基本的要求是设备具有小的占地面积，因此要在三维上扩展，以提供足够的性能。实现复杂结构和几乎任何尺寸的装置的合适技术是三维打印。到目前为止，它的使用只在宏观尺度上得到应用。在这里，我们报告了第一个3D打印架构，通过二维原子薄过渡金属二硫属化物的自动浇铸，展示了它们作为可固化超级电容器的用途。这些结构是通过直接印刷化学剥离的2D纳米片的液体油墨来制造的。3D打印架构呈现mm 2尺度和微米尺寸特征的足迹，并且它们表现出机械鲁棒性和化学稳定性。它们表现出1450 mF/cm 2的面电容，与同类器件相媲美并超越同类器件。包括二维原子级薄片的微型超级电容器可以实现小型化和可扩大规模的生产技术以供大规模采用。
2018-09-28 cond-mat.mtrl-sci
Electrochemical doping in H-terminated diamond films: Impact of O-functionalization and insights from in-situ Raman spectro electrochemistry
Homi Bhabha National Institute（霍米·巴巴国立研究所）；Indira Gandhi Centre for Atomic Research（印地拉·甘地原子研究中心）
研究通过聚合物电解质门控场效应晶体管探讨氢终止钻石薄膜的氧功能化对性能的影响，发现氧终止使表面疏水性降低，电导率和载流子密度变化，同时揭示电化学门控对钻石拉曼光谱的影响。
2026-04-02 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Processing Dynamics of 3D-Printed Carbon Nanotubes-Epoxy Composites
碳纳米管（CNT）-聚合物复合材料是有前途的候选人的无数应用。自组织CNT-聚合物复合材料制造技术固有地对优化加工造成障碍，导致微结构缺陷，空隙形成、差的界面粘附性、润湿性和CNT在聚合物基质内的团聚。虽然可以通过额外的加工步骤如机械方法和/或化学功能化来实现微观结构的改善，但所得复合材料在结构和功能性能方面受到一定限制。在这里，我们证明了3D打印技术如直接墨水书写提供了CNT-聚合物复合材料的改进处理。工程纳米复合材料油墨通过微喷嘴的剪切诱导流动提供了一些益处，包括减少环氧树脂内的空隙数量，改善CNT分散和与环氧树脂的粘附，以及部分对齐CNT。这种微观结构的变化导致优越的机械性能和热传递的复合材料相比，他们的模具铸造的同行。这项工作证明了3D打印优于传统制造方法的优势，超越了快速制造复杂架构的能力，以实现制造具有更好结构和功能特性的CNT-聚合物纳米复合材料的改进的加工动力学。
2021-03-03 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Differentiation of Complex Vapor Mixtures Using Versatile DNA-Carbon Nanotube Chemical Sensor Arrays
基于功能化碳纳米管（NTs）的蒸汽传感器已经显示出很大的希望，具有高灵敏度所赋予的减少维数和特殊的电子性质的NT。开发用于化学检测的基于NT的传感器阵列的关键挑战包括可再现的制造方法和功能化方案的演示，这些方法和功能化方案为所得传感器提供高化学多样性。在这里，我们概述了一个可扩展的方法来制造阵列的蒸汽传感器组成的NT场效应晶体管功能化与单链DNA（DNA-NT）。DNA-NT传感器具有高度的可重复性，其响应可以通过平衡热力学来描述。即使在挥发性干扰物的大背景下也能检测到目标分析物。DNA-NT传感器能够区分高度相似的分子，包括结构异构体和对映体。传感器还能够检测复杂蒸汽的细微变化，包括结构异构体的混合物和许多人类特有的挥发性有机化合物的混合物。
2013-05-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mechanical properties of hydrogen functionalized graphene allotropes
已经进行了分子动力学（MD）模拟以研究氢官能化的石墨烯同素异形体（GA）对于跨越整个范围（0-100%）的H覆盖的机械性质。四个同素异形体（石墨炔，环状石墨烯，八角形石墨烯，和联苯）与更大的单位晶格尺寸比石墨烯被认为是。研究了功能化程度和分子结构对弹性模量和强度的影响，并首次报道了几种新型GA的破坏过程。我们发现，氢化气体的机械性能急剧恶化，增加H-覆盖范围内的敏感阈值，超过此范围的机械性能保持不敏感的H-覆盖范围的增加。这种剧烈的恶化是由sp2键向sp3键的转化和无支撑的sp3键的容易旋转引起的。具有不同晶格结构的同素异形体对应不同的敏感阈值。完全氢化的同素异形体的杨氏模量劣化可以比相应的原始结构小高达70%。此外，拉伸强度显示出约90%的甚至更大的下降和对H覆盖的更高的敏感性，即使它很小。我们的研究结果表明，独特的覆盖依赖性的机械性能恶化时，必须考虑到分析功能化的气体制造的纳米器件的性能特征。
2013-08-21 cond-mat.mtrl-sci
Origin of the electrocatalytic activity in carbon nanotube fiber counter-electrodes for solar-energy conversion
然而，它们的电催化活性仍然知之甚少。本工作破译的反电极（CE）/电流收集器的催化活性的起源的自立碳纳米管纤维（CNTfs）使用Co $^(+2)$ /Co $^(+3)$氧化还原对电解质。这是基于应用于对称电化学电池的新电极和用过的电极的全面电化学和光谱表征，使用铂基CE作为参考。作为最相关的发现，建立了两个直接关系：i）极限电流和稳定性随着含氧官能团的表面浓度迅速增加，和ii）催化电势与散布在CNTf网络中的残留金属Fe催化剂纳米颗粒的量成反比。最后，金属纳米颗粒含量和官能化程度的微调使得能够制造具有钴电解质和CNTf-CE的高效且稳定的染料敏化太阳能电池，其性能优于具有参考Pt-CE的那些。
2021-07-27 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Selective Gas Sensing with a Single Pristine Graphene Transistor
我们表明，不同的化学品的蒸汽产生明显不同的影响，对石墨烯的低频噪声谱。在一项系统研究中发现，一些气体改变石墨烯器件的电阻而不改变其低频噪声谱，而其他气体通过诱导具有独特特征的洛伦兹分量来修改噪声谱。石墨烯装置中的洛伦兹噪声凸起的特征频率fc对于不同的化学品是不同的，并且对于四氢呋喃和氯仿蒸气分别从fc=10 - 20 Hz变化到fc=1300 - 1600 Hz。所获得的结果表明，低频噪声与其他感测参数的组合可以允许人们利用单个原始石墨烯晶体管实现选择性气体感测。我们用石墨烯进行气体传感的方法不需要石墨烯表面功能化或制造一系列设备，每个设备都被调谐到某种化学物质。
2012-04-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
