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04/20 2020

Congratulations! 课题组本科生陈苏畅入选2020年秋季学期本科生赴麻省理工交流项目,将赴MIT交流一年

       近日,新一轮秋季学期南科大本科生赴麻省理工学院(MIT)交流学习项目选拔程序结束。此次选拔面向全校2017-2019级优秀本科生展开,全程英语交流,面试严格公正,对学生的科研潜力、学习能力与英语能力等综合素质进行全面细致地考察。通过个人申请、所在院系推荐、南科大-MIT联合中心选拔、组织评审会面试与MIT执行委员会面试等评选环节,最终确定了入选学生名单,选派6名本科生赴MIT机械工程系参加2020年秋季学期本科生学习交流项目。课题组18级本科生陈苏畅参与此次选拔,并成功入选。        我校于2018年6月与麻省理工学院(MIT)正式签署合作协议,在合作研究、联合研讨会、本科生海外学习、教师国际化发展、联合开设短期课程和研究生科研交流等方面开展合作。南方科技大学-麻省理工机械工程教育科研中心是深圳市首个与麻省理工合作的中心,创立理念是通过与麻省理工学院在科研教学等领域的密切交流合作,促进中美友好往来,培养更多优秀人才,为深圳市乃至全省、全国的发展做出贡献。        本科生赴MIT学习项目是两校合作项目的一部分,每年我校可选派不超过6名学生前往MIT机械工程系进行为期一年的学习交流。MIT与我校合作对接的机械工程系目前世界排名第一,强调研究、教学和社会贡献三者并重。其课程内容注重交叉学科,涵盖机械、能源、力学、精密仪器、控制、生物工程、海洋工程、微纳米技术、汽车等方面,注重培养学生的创新创业能力。

04/20 2020

课题组研制出促进汗液蒸发的表皮电极

       表皮电极是一种可贴合在人体皮肤表面的电极,由于其与人体皮肤有良好的相容性,且可收集人体的运动、生理信号,因此在柔性电子、智能可穿戴设备、健康监测等领域有着巨大的应用前景。传统的表皮电子器件通常包含一层或多层连续膜(如硅橡胶或防水塑料薄膜),此类材料基本不透气,在长期穿戴时阻碍皮肤表皮汗液的蒸发,导致器件界面分层、皮肤兼容性差等问题,影响器件的使用效果。一些新型的电子皮肤虽具有一定的透气性,但与人体皮肤相比,透气、透水性仍然不足。这使得在炎热天气或剧烈运动条件下表皮电子器件的使用受到限制。因此,开发具有高透气性、能促进汗液蒸发从而提升使用舒适性的表皮电子材料和相关电子皮肤器件具有重要意义。        近日,南方科技大学材料科学与工程系郭传飞副教授课题组通过晶界光刻技术制备了厚度仅为30 nm的无衬底的金纳米网络,它表现出高可拉伸性和对人体皮肤纹理的完全贴合性。团队发现,在AuNM表面引入1-硫代甘油的单分子层后,被金纳米网络覆盖的皮肤表现出明显改善的亲水性,汗滴几乎能够完全润湿皮肤。与裸露的皮肤相比,汗液蒸发速率达到原先的3.6倍。与此同时,金纳米网络仍能保持它原有的高透明度、高拉伸性,良好的导电性和出色的皮肤贴合性。 图1 亲水处理的金纳米网络覆盖皮肤区域与裸露的皮肤的汗液蒸发速度对比        AuNM可直接贴附于人体皮肤上用作监测运动的应变传感器。该传感器能够稳定地感知身体的运动、检测皮肤的应变水平以及关节弯曲的方向。这些传感信号还能通过无线蓝牙的方式输出,真正实现便携式器件对皮肤形变、身体运动的监测功能。 图2. 金纳米网络作为的应变传感器监测关节运动和皮肤形变        这种表皮电极的传感原理在于金纳米网络在拉伸过程中的非局域断裂和纳米线快速冷焊接引起的电阻变化。利用这种快速冷焊接的方式,课题组还将新的金纳米网络贴片直接附着到受损区域来修复受损的金纳米网络,从而实现传感器件的快速修复。此外,金纳米网络的高透气性和导电性使它在表皮信号收集和热灸治疗中也有实际应用的潜力。这种采用表面亲水处理用于增强表皮电极的透气透水性的方法也可以扩展到其他电子皮肤材料上,成为柔性电子器件增强性能的通用方法。 图3. 金纳米网络的冷焊接修复原理与器件性能恢复实验        本论文的第一作者是南方科技大学郭传飞课题组博士生王燕和研究助理洪天增,通讯作者为研究助理教授张建明博士和郭传飞副教授。该工作目前在线发表于材料领域著名期刊Materials Today Physics上。本研究得到了国家自然科学基金、深圳市基础研究学科布局和广东省“珠江人才计划”创新创业团队等项目的支持。 原文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542529320300158

04/18 2020

课题组在Adv. Funct. Mater.发表柔性电子材料转移技术

         近年来,柔性电子材料的发展非常迅速,它在表皮电子、可植入电子、可穿戴设备、太阳能电池、软体机器人等领域有着广泛的应用。然而,柔性电子材料的转移制约着柔性电子工业的发展。常见的转移方法需要使用一个印章(stamp)将已制备的柔性电子材料或器件从基底转移到印章上,然后再转移到另外一个基底上,或直接利用印章材料作为衬底。按照印章材料的刚度不同,电子材料的转移可划分为两种情形:使用软印章(soft stamp)转移,以及使用硬印章(stiff stamp)转移。使用软印章(常见的材料为PDMS和Ecoflex等硅橡胶弹性体等)转移时,由于印章材料很软,因此在它与衬底剥离的界面上会产生很大的应变,有可能会超过柔性电子材料的拉伸极限,进而导致该柔性电子材料的结构被破坏而失去其功能,如图1所示。使用硬印章转移的方法则可有效地避免该问题,但是硬基底并不能用于可拉伸电子技术。如何解决这一矛盾是柔性电子材料和器件转移的一个关键问题。 图1. 柔性电子材料转移时其承受的最大应变和印章材料刚度之间的关系        近日,课题组通过调控印章材料刚度的方法成功地解决了该问题——转移时,使印章保持很高的刚度,减少转移过程中电子器件中承受的最大应变;转移完之后,再把印章材料软化,直接作为可拉伸衬底。课题组研究助理黄俊采用了一种刚度可变、钙离子掺杂的丝素蛋白材料作为印章。丝素蛋白是蚕茧去除丝胶后留下的天然蛋白,它在不同相对湿度下有着非常大的可变刚度范围,杨氏模量可从134 KPa变化至1.84 GPa,对应的相对湿度分别为84%和33%。具体的策略是:在低湿度条件下(RH在33%-49%范围,印章材料的弹性模量保持在100 MPa至1.84 GPa)进行柔性电子材料的转移,剥离后再把丝素蛋白至于高湿度的环境中,以使它发生软化,其弹性模量降为0.1 MPa至2 MPa,和皮肤相当,可直接用作表皮电极(图2)。得益于丝蛋白表皮电极与皮肤良好的力学匹配,它可以与皮肤的纹理完美融合,除了具有良好的可拉伸性能之外,比常用的Ag-AgCl商用凝胶电极有更低的界面阻抗和更高强度的肌电信号(EMG)。此外,该表皮电极在人体皮肤上贴附10天后没有产生明显的不良反应。将柔性电子材料和器件转移到人体皮肤或其它非平面粗糙表面是非常困难的,本工作却提供了一种简单易行的新思路和新方法。 图2. 丝蛋白表皮电极与皮肤粘附效果展示        该工作近日在线发表在Advanced Functional Materials 期刊上(DOI: 10.1002/adfm.202001518)。郭传飞副教授为论文唯一通讯作者,南方科技大学为第一单位和通讯单位。论文第一作者为课题组研究助理黄俊,他是2017级南科大-哈工大联培硕士毕业生。课题组博士后王柳对该工作的力学计算方面做出重要贡献,南科大16级本科生金宇明、课题组研究助理路鹏等人也对该工作有较大贡献。华中科技大学吴志刚教授对该研究工作提出了指导意见。该研究得到了国家自然科学基金、广东省珠江人才计划创新创业团队、深圳市基础研究学科布局等项目的支持。

04/17 2020

课题组在Advanced Science发表高透明柔性压力传感器制备新途径

          高透明的柔性压力传感器和柔性电子皮肤不仅能感知外界力学环境,其透光性也让这类器件在智能窗户、隐形机器人、隐形可穿戴设备以及触摸屏等领域有着广阔的应用前景。然而,柔性压力传感器的高透明和高灵敏度往往是“鱼和熊掌”,二者不可得兼。这是因为电子皮肤或柔性压力传感器往往通过构建表面微结构或者多孔结构来提高器件的灵敏度和响应速度。然而,这些微结构的引入会引起剧烈的光散射,从而导致器件不透明。因此,在柔性压力传感器或电子皮肤中如何平衡高灵敏度和高透光性是一个很大的挑战。        近日,南方科技大学郭传飞副教授研究团队通过在多孔聚偏氟乙烯(PVDF)介电膜中填入与之光学参数相匹配的离子液体方式,制备了高灵敏度、高透光度的柔性电容型压力传感器,解决了微结构型柔性电子皮肤和柔性压力传感器中灵敏度和透光度不可得兼的普遍难题。目前该工作以“Highly Transparent and Flexible Iontronic Pressure Sensors Based on An Opaque to Transparent Transition”为题在线发表在综合类期刊《Advanced Science》上。        该工作中,研究人员将多孔PVDF膜浸泡到与其折射率相同的离子液体中,这种完全不透明的材料瞬间变得比普通玻璃还透明,其透光度从0跃升到94.8%。透光度显著提升的原因在于,离子液填充了PVDF膜的空洞后,这种复合膜实际是一种光的均匀介质,从而大幅提升光学透明度。此外,离子液体还能显著降低复合膜的表面粗糙度,抑制空气/复合膜界面光散射,进一步提高透光度。值得注意的是,离子液体还能有效地提高器件的灵敏度。这是因为它能和电极之间形成一层双电层(EDL),其电容密度显著高于普通的电容型传感器。这种通过在多孔结构中填入光学参数匹配的离子导体的方法简单快捷,具有普适性,可以推广到其它多孔材料体系,例如醋酸纤维素、聚乳酸以及聚四氟乙烯等。 图1.柔性透明PVDF/离子液复合膜的制备以及透明度转变机理        研究人员最终制备了透光度高达90.4%的柔性压力传感器。该传感器的灵敏度达到1.19 kPa−1,能准确分辨出低至0.4 Pa的微弱力信号。该传感器还具有响应速度快的优势,响应速度约为40 ms,与皮肤的响应速度相近。此外,研究人员还对传感器机械稳定性进行了测试,在数千次的重复压缩或弯曲试验后器件仍能保持良好信号的稳定。这种同时具备高透明和高传感性能的柔性压力传感器有望应用于人机界面、可穿戴触摸屏、智能窗户等领域,并在实验中得到了初步验证。 图2.高透明柔性压力传感器在隐身可穿戴触摸屏以及智能窗户中的应用展示        南方科技大学博士生刘庆先是该工作的第一作者,郭传飞副教授是该工作的通讯作者,共同通讯作者还有南方科技大学计算机系张进助理教授和汕头大学/南方科技大学力学系王泉院士。该研究得到了国家自然科学基金、深圳市基础研究学科布局和广东省“珠江人才计划”创新创业团队等项目的支持。同时,该研究工作被高分子科学前沿微信公众号以及Materialsviews所报道。    新闻报道链接  https://www.materialsviewschina.com/2020/03/43750/ 原文链接  https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202000348

12/26 2019

材料系郭传飞课题组研制出最高压力分辨率的柔性压力传感器

         柔性压力传感器类似于人的皮肤,能感知外界力刺激的强度,可以帮助机器人实现触觉,也在人体健康监测等诸多领域有广泛的应用。然而,无论是人的皮肤还是柔性压力传感器(或电子皮肤),都普遍存在一个严重的缺点,即在低压下较为灵敏,压力较大时变得不灵敏甚至完全不响应。例如,人手可以感受到一只小昆虫在手上爬行;但是当手端着重物,昆虫再落到重物上时,皮肤则完全感受不到。许多实际应用需要一种这样的压力传感器:既能感受到轻如“鸿毛”,又能称量出重如“泰山”,还能分辨出“泰山”上新增了一片“鸿毛”。但受到软材料不可压缩或可压缩性有限的制约,之前人们还没有做出这样的传感器。        近日,材料系郭传飞课题组在柔性压力传感器的研究上取得重大突破。他们通过设计一种“自补偿非稳态结构”并引入离子界面传感原理,成功地解决电容型压力传感器在高压下灵敏度极低或发生饱和的难题。他们研究的这种传感器在低压下可以分辨出0.08 Pa的压力变化,而在3.2个大气压的极高压力下也还可以分辨出18 Pa的压力变化,在高压下的压力分辨率甚至超过了航空工业上普遍使用的硬质压力测试系统,因此这种传感器有望用于风洞测试中飞机模型的智能蒙皮。其灵敏度极高,在高压区的灵敏度超出之前已报道的最好结果的一万倍以上。该传感器还具有响应速度快的优势,响应速度达到9 ms,是人皮肤响应速度的3倍,即使在数个大气压下也具有极佳的动态响应特性。由于这种传感器具有极高的信号强度,其微型化之后还能保持很高的信噪比,研究人员在芝麻粒大小的区域上即集成了数十个这种传感器,有望用于极高空间分辨的压力传感。 图1、 基于自补偿非稳态结构的离子电容微型传感器阵列 图2、 基于自补偿非稳态结构的离子电容型压力传感器与现有电容传感器的灵敏度对比        该工作近日在线发表在Nature Communications期刊上。论文的第一作者为博士生白宁宁,合作方为麻省理工学院赵选贺教授。研究得到了国家自然科学基金、广东省珠江人才计划创新创业团队、深圳市基础研究学科布局等项目的支持。       论文链接:https://doi.org/10.1038/s41467-019-14054-9

08/07 2019

课题组在Adv. Funct. Mater.发表综述:柔性电子学—可拉伸电极及其未来

         柔性电子学作为一种新兴的具有广阔应用前景的交叉科学,主要研究在大应力状态下工作的高性能柔性电子材料。南方科技大学材料系郭传飞副教授和美国休斯敦大学物理系任志锋教授(共同通讯作者)在Adv. Funct. Mater.在线刊登了题为“Flexible Electronics: Stretchable Electrodes and Their Future”的综述。文章从结构设计的角度介绍了基于剪纸艺术设计策略的新型可拉伸透明电极材料的最新研究进展及应用,涵盖了电子皮肤、植入式可降解电子材料以及仿生软体机器人等领域。南方科技大学前沿与交叉科学研究院黄思雅副研究员和休斯顿大学刘嫄博士为本文第一作者。        电极是各类电子产品中不可或缺的组成部分。目前最常见的透明电极材料是掺杂的氧化物半导体薄膜,例如氧化铟锡(ITO),其良好的光学透光率和导电性使其在光电子显示领域占据了数十年的主导地位。然而,传统的ITO薄膜无法满足未来可穿戴柔性电子产品对力学柔性要求。应用于弹性体衬底上的透明柔性电极(FTEs)在使用过程中需要承受弯曲、折叠、扭曲,甚至拉伸等大应变形变模式,对材料的力学性能提出了更高的要求。        近年来,可拉伸电极的研究发展推动了可穿戴电子产品、电子皮肤、可植入医疗电子设备、软体机器人、以及新型柔性人机界面等领域的兴起。这些具有良好力学柔性和生物相容性的电子产品在人体健康监测和生物医疗领域中发挥着越来越重要的作用,并将极大改善现有的医疗健康体系并彻底改变人类与电子产品之间的关系。据报道,各类仿生软体机器人具有类似皮肤的柔性传感功能和类似肌肉组织的软体驱动器,可通过柔性人机界面与人类和周围环境进行友好的实时互动,从而实现完整的“人-机”互动反馈体系(图1)。随着可穿戴和可植入式电子设备的出现,以及对智能软体机器人不断增长的需求,学术界和工业界已将目光投向了研制开发同时具有优异力学柔性和电学特性的功能电子材料。其中,可拉伸电极材料的研制是关键。 图1. 柔性电极、柔性电子设备和软体机器人之间的关系        文章系统比较了不同电极材料的光电性能和力学性能,并对常用电极材料的优缺点进行了评述。此外,文章还深入探讨了材料的几何形状设计(图2)、衬底选择以及电极-衬底粘附力对电极拉伸性能的影响,揭示了设计制备可拉伸电极的一种通用策略,并阐释了具有生物相容性的可拉伸电极在人体(图3)和新型智能仿生电子产品(图4和图5)中的应用。 图2. 可拉伸电极的几何形状与剪纸结构设计   图3. 柔性电子器件在人体上的应用   图4. 多功能电子皮肤的特性示例   图5. 柔性电极在电驱动软体驱动器的应用示例        文章最后指出,虽然柔性电子领域取得了很多令人鼓舞的进展,但依然面临着巨大的挑战。同时集成了物理、化学和电生理信号测试传感功能的可穿戴综合医疗健康监测系统,可以为人们提供一个更加全面的个人生理健康状态图像,是未来医疗健康领域发展的方向。此外,将具有不同功能的柔性电子元件(包括传感、驱动、数据传输和分析、能源,以及能量收集转化系统等)集成于一体的智能柔性电子系统能够对内部和外部信号进行实时感应和动态反馈,是智能制造领域的热点研究方向之一。 该论文作者为:Siya Huang, Yuan Liu, Yue Zhao, Zhifeng Ren, Chuan Fei Guo 论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.201805924

08/07 2019

郭传飞和洪伟教授组织第五届国际柔性电子-软物质会议在南科大顺利召开

南方科技大学成功举办第五届柔性电子与软物质力学国际研讨会          2019年6月29日至6月30日,柔性电子与软物质力学国际研讨会(ISFSE-IWSMM 2019)在南方科技大学举办,会议由南方科技大学、数字制造装备与技术国家重点实验室主办,南方科技大学材料科学与工程系和力学与航空航天系承办。本次会议,由中国科学院外籍院士王中林教授、美国工程院和美国国家科学院院士锁志刚教授、中国科学院院士丁汉教授任大会联合主席,材料科学与工程系郭传飞副教授和力学与航空航天系洪伟教授任大会执行主席。 会议合照 洪伟教授主持开幕式       6月29日在会议开幕式上,我校鲁春副校长发表了开幕式致辞,对与会的专家学者表示热烈欢迎,并预祝会议取得圆满成功。 鲁春副校长发表开幕式致辞       会议邀请到来自中国、美国、加拿大、日本、韩国、新加坡等国内外高校企业的专家学者和学生,共400余人参加,大会规模空前。       会议期间,王中林教授、锁志刚教授以及与会的100余名专家学者就柔性电子、软体力学及柔性电子材料加工等相关领域分别做了前沿研究报告,会议氛围浓厚热烈,得到了与会专家学者的一致好评。 王中林教授作报告 锁志刚教授作报告        此次研讨会,不仅为相关领域的专家学者讨论交流搭建了一个高水平的国际化平台,也提升了我校国内、国际影响力,为我校实现迅速建成国际化高水平研究型大学的目标起到了良好的推动和示范作用。

08/06 2019

课题组提出无褶皱柔性电子设计新思路

材料系郭传飞和力学系洪伟教授等提出无褶皱柔性电子设计新思路        柔性电子技术曾被《科学》杂志评为十大科技进展之一,它正悄无声息地融入日常生活的方方面面,并将彻底改变人类的未来。柔性电极和柔性电子器件通常由硬-软双层或多层结构组成。然而,硬-软结构在变形过程中极易发生失稳,其中最为常见的形式是表面褶皱。通常起皱所需的临界应变非常小,可以简单认为硬膜-软基体系一旦受到挤压就会生长褶皱。连绵的山川、皮肤表面的皱纹、瓜果表面的纹理均被认为是硬-软结构失稳所致。柔性透明极是柔性光电子器件中的核心部分,如果其表面生长褶皱,将会造成粗糙度的迅速上升和透射率的急剧下降。因此发展抗褶皱的柔性透明电极和相关器件对柔性电子技术有重要意义。 图1、泊松比对双层结构起皱行为的影响示意图        近日,南方科技大学材料科学与工程系郭传飞副教授、力学与航空航天系洪伟教授、休斯顿大学任志锋教授、哈佛大学锁志刚教授等人合作发现:如果双层体系中硬膜(例如柔性电极的金属导电层)的等效泊松比超过一个临界值,那么该双层结构在单向拉伸、单向压缩、或者贴附在预拉伸的衬底上释放后均不会生长褶皱。研究发现在形变量很小的情况下,这个临界值约为2——当导电层的泊松比大于2时,柔性透明电极在拉伸或者压缩时都不生长褶皱。然而,一般均质固体材料的泊松比都不超过0.5,因此普通的金属膜-高弹体体系都极易起皱。但许多镂空网络结构的等效泊松比却有可能大于2。同时,网络结构还具有较高的可拉伸性,可以被用作柔性透明电极。不过当拉伸量很大时,金属网络中也会萌生裂纹,使得泊松比降低,导致褶皱,实验中也观察到了褶皱和裂纹的伴生现象。研究结果说明:只有柔性电极或器件同时具有良好的可拉伸性和很大的有效泊松比时,这种抗皱机制才可以被发挥出来。 图2、泊松效应对柔性电极和柔性电子器件光学及电学性能的影响        团队还发现,某些网络结构的有效泊松比随着应变的增大而增大,在应变较小时泊松比还达不到抑制褶皱的临界值;但随着应变增大,其等效泊松可能超过临界值。研究预测并观察到了这种结构的反常褶皱现象:当变形较小时,电极中出现了褶皱;而随着变形的增大,褶皱反而消失了! 图3、几种网络结构的有效泊松比,以及一种反常褶皱生长行为的实验结果         需要指出的是,本研究中提出的采用大泊松效应来抑制褶皱生长的思路具有普适性,它并不局限于某种特殊材料。除了各种柔性电子器件中的应用外,它还可能在其他工程应用中的硬-软双层或多层结构中被用来抑制或消除褶皱。本项目的第一作者是南方科技大学郭传飞课题组博士生王燕;另外一位重要作者是哈佛大学刘綦涵博士,目前他在匹兹堡大学担任助理教授。该工作目前在线发表于材料领域著名期刊 Advanced Materials上。本研究得到了国家自然科学基金项目、深圳市基础研究学科布局和广东省“珠江人才计划”创新创业团队的支持。  论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201902955

10/10 2018

郭传飞课题组在国际期刊发表系列论文 仿生电子皮肤研究取得重要进展

       近期,南方科技大学材料科学与工程系副教授郭传飞课题组在仿生微结构柔性电子皮肤领域取得重要进展,研究成果发布在《Advanced Functional Materials》、《Small》、《Advanced Electronic Materials》等国际期刊上。        郭传飞课题组的主要研究方向是基于薄膜材料的微纳米加工方法、柔性透明电极的制备、纳米结构薄膜的生长,以及这些材料在新型光电子学、生物医学和纳米能源领域的应用。        触觉是生物体表感受器受压力或牵引力作用而引起的,它是生物体从外界环境获得信息的重要手段之一。电子皮肤的研究具有重要意义。例如:穿戴假肢可以帮助肢体残疾人士实现某些操作需求,但市场上的产品尚不具备触觉功能,因此假肢也无法帮助他们实现感知。柔性触觉传感器(电子皮肤)是一种将触觉信号转换电信号的电子器件,在可穿戴电子设备、健康监测、运动监测、智能假肢、人机交互、以及人工智能等领域有着巨大的应用前景。研究已经证明微结构能有效提高柔性触觉传感器的性能,例如微金字塔、微柱结构、微球等已经被用于制备超灵敏的柔性触觉传感器。然而这些微结构通常通过传统的光刻技术、化学刻蚀方法,制备过程复杂、耗时、价格昂贵。制备低成本、简易、高性能的柔性触觉传感器成为当前的一大挑战。        为了降低制备成本、提高器件传感性能,郭传飞课题组从荷叶的超疏水性来源于其表面的微纳米结构中受到启发,用自然材料作为模板来制备表面微结构。取大自然中的植物作为原始模板、复写出植物表面的微结构并喷涂柔性银纳米线电极,构建电容型触觉传感器(Adv. Electron. Mater. 2018, 4, 1700586),该器件具有较高的灵敏度(1.2 kPa−1)、较快的响应速度(36 ms,与人体皮肤响应速度相当)以及较好的稳定性(可重复循环检测10万次以上而不产生疲劳),这项工作被评为《Advanced Electronic Materials》月度十大热点论文之一。 图为基于荷叶微结构的柔性电子皮肤        高灵敏的柔性触觉传感器越来越成为现在的研究热点,为了提升性能,课题组以天鹅绒竹芋为模板,制备了离子凝胶微锥结构阵列用于电容型器件的介电层,其界面双电层有效地提高了器件的灵敏度(Adv. Funct. Mater. 2018, 1802343)。实验结果发现,该器件的灵敏度高达54.1 kPa−1,是目前文献报道的电容式触觉传感器最高值。此外,该器件还实现了低至0.1 Pa的检测限,以及29 ms的响应速度,超过了人体皮肤响应速度。        课题组受植物体多孔三维结构的启发,直接利用干燥的自然材料(例如花瓣、叶片)作为电子皮肤的介电层(Small 2018, 1801657)。研究表明,新鲜的自然植物材料的离子液和电极之间形成的双电层作用,器件具有较大的电容响应,但随着自然材料干燥水分挥发,器件的性能稳定性较差。通过临界点干燥处理植物材料,材料本身的几何构架不发生改变,所制备的器件性能稳定,具有较高的灵敏度、较低的检测限以及较高的稳定可靠性,能进行运动检测、压力分布测试等。该工作被评为月度热点论文。使用仿生微结构或直接利用自然材料制备柔性触觉传感器,能大大简化制备工艺,降低制备成本,符合可持续发展理念,对构建环境友好型柔性电子体系具有重要意义。        这一系列基于植物模板或自然植物材料的电子皮肤的研究,有效降低了器件制造成本,提高了器件的灵敏度等性能,开辟了一条制备柔性电子器件的新道路。本系列研究中制备的电子皮肤能用于人体健康监测、运动监测、人机交互等,在智能机器人、智能假肢、可穿戴柔性设备等方面有潜在的应用前景。        以上论文皆由2016级硕士研究生万永彪(目前就职于中国工程物理研究院)和研究助理邱志光作为共同第一作者完成,2016级研究生洪颖、2017级研究生黄俊和路鹏、以及2014级本科生王琪和2015级本科生杨静祎参与了部分研究工作,南科大材料系是唯一通讯单位。该项研究得到了广东创新创业团队、国家自然科学基金、深圳市孔雀计划基金的支持。  论文链接: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/aelm.201700586 https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201802343 […]

08/02 2018

2018年“能源与信息先进材料研讨会” 在南科大召开

8月2日-4日, 2018年“能源与信息先进材料研讨会” 在我校成功举办。本次会议由南方科技大学材料科学与工程系承办,哈尔滨工业大学(深圳)协办。材料科学与工程系郭传飞副教授担任会议组委会成员及召集人。 与会嘉宾合影留念 本届会议采取邀请报告和讨论相结合的方式,重点研讨了绿色能源、信息存储与处理、光催化、柔性电子学、生物医学等先进材料设计、制备与结构性能关系和应用等领域的最新研究进展。会议共进行34场精彩邀请报告。其中,美国发明家科学院院士,休斯顿大学M. D. Anderson讲席教授任志锋教授为大会做了关于砷化硼新型高热导材料的大会报告,并与与会学者深入交流探讨了科研过程中经常遇到的问题,并分享了自己的科研心得和宝贵经验。 任志锋教授为会议做大会报告 会议的成功举办,为从事能源与信息先进材料科学研究、开发和产业化的专家、学者、企业家及其它相关人员成功搭建一个交流平台,交流和共享材料研究的最新成果,达到了互相促进共同提高的目的;与此同时,通过聚焦材料及能源领域的最新发展动态,“能源与信息先进材料研讨会”有望积极推动并提高能源与信息先进材料在国民经济和社会发展中的地位和作用。

02/03 2017

郭传飞课题组在Nature Communications和Nano Letters发表新型制造技术成果

       近日,我校材料科学与工程系副教授郭传飞作为通讯作者在著名学术刊物Nature Communications和Nano Letters发表合作论文,南方科技大学为署名单位。        在微电子、太阳能电池、新型传感器、等离子基元、仿生材料、超材料等领域,表面微纳结构已经得到了广泛的应用。多级表面微纳米结构能在某些方面满足人们对材料性能越来越高的需求。但是复杂的多级次表面结构对微加工技术在成本、工艺、批量生产、精准设计和可控加工等方面提出了许多新的挑战,目前的常规微纳加工方法已经难以满足复杂结构的加工需要。基于应变的方法可以用于制造低成本、大面积制造微结构,已经被认为是一种非常有前景的新方法。        郭传飞和国家纳米科学中心研究员刘前长期合作,致力于新概念加工方法的研发工作,提出了激光诱导模量调控的应变诱导的新思路,并取得了一系列的研究成果。以前期的研究成果为基础(Guo et al. Advanced Materials 2012, 24, 3010-3014),合作团队发展了一种“2D打印,3D成型”的新技术,可用来制备各种复杂的三维表面结构;并以此作为掩模,实现单掩模、多图形的制造。该法具有工艺简单、成本低、可精准设计和可控加工、易于大批量制造、与成熟的平面制造工艺相兼容等优点。研究成果发表在Nature Communications上(Nature Communications 2016, 7, 13743, http://www.nature.com/articles/ncomms13743)。 用2D打印,3D成型技术制作的凹凸结合透镜阵列        银纳米线墨水是一种已经商业化的可用于制备柔性透明电极的材料。但是这种电极中纳米线之间的接触电阻很大,显著降低电极的导电性。科学家通过实现纳米线之间的焊接,能有效提高电极的导电性能,进而提高其综合性能。这些技术包括化学镀、激光表面等离子体焊接、热焊接、冷压焊接等。然而,这些技术都需要用到特定的设备或者试剂,往往会对银纳米线造成污染、或者不能用于可拉伸的高弹体衬底。郭传飞提出采用毛细力来实现银纳米线的冷焊接的办法。毛细力的大小随尺度下降显著增加,在纳米尺度毛细力极强,可产生GPa量级的压强,能在常温下有效实现银纳米线的冷焊接。实践中,可以用加湿器或者用过饱和水汽(例如,用嘴巴对着样品哈气)即可有效地实现毛细力冷焊接,无需任何专业设备或者化学试剂。这种方法也可以用于已被破坏的银纳米线薄膜的修复——即使在野外,经破坏的银纳米线薄膜经吹气即可实现导通,并恢复到接近破坏前的导电水平。这种思路不仅可以用于金属纳米线薄膜,还有望用于自组装、新型微纳米结构的制备。研究成果在线发表在美国化学会刊物Nano Letters上(Nano Letters 2017, DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b04613)。 毛细力引起的银纳米线冷焊接效果图 在野外,毛细力引起纳米线电极的修复效果        该研究为郭传飞和美国休斯敦大学任志锋教授的合作成果,第一作者为休斯敦大学的博士生刘嫄,郭传飞课题组的博士后张建明、研究助理高恒和刘庆先、交流学者王燕也参与了该研究。郭传飞是文章思路的提出者,并参与了主要的实验和论文撰写。 论文链接: http://www.nature.com/articles/ncomms13743 http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.6b04613

07/14 2016

郭传飞副教授获Nature旗下刊物Light: Science & Applications 最佳论文奖

       在7月4日至7日长春举行的Light Conference 2016国际光学会议中,材料系副教授郭传飞受邀参会并被Nature旗下光学刊物Light: Science & Applications (LSA)授予最佳论文奖。据悉,本次共有5名国内外科学家获此殊荣,前科技部副部长、LSA主编曹健林等人为获奖者颁奖。 郭传飞副教授等人获LSA最佳论文奖       Light:Science& Applications是由自然出版集团(Nature Publishing Group,NPG)与中国科学院长春光学精密机械与物理研究所合作出版的开放获取的全英文光学学术期刊。LSA是定位在光学和光子学领域的国际上的高端期刊,2015年的影响因子为13.6,在JCR收录的86种光学类期刊中排名第2位。       本次会议得到LSA编辑部的大力支持,其年度最佳论文评选活动旨在向全球学者推荐本年度最具影响力的论文,以表彰他们在光学与光子学的基础研究以及工程和应用基础领域取得的前沿原创性杰出成果。       郭传飞副教授毕业于中科院国家纳米科学中心, 2011年至2016年在美国波士顿学院和休斯敦大学从事博士后研究工作,现任南方科技大学材料科学与工程系副教授,主要研究方向是基于薄膜材料的微纳米加工方法、超柔性透明电极及器件的研究、纳米结构薄膜的生长,以及这些材料在新型光电子学、生物医学和纳米能源领域的应用。

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