【飞丝走线“织就”百万次超折叠导电材料】近年来,柔性电子尤其是可穿戴器件发展迅速,有望为人们的工作和生活带来翻天覆地的变化。然而,当它们在朝着便携、变形等方向进一步发展的过程中,遭遇了导电材料无法大量无损真折叠的瓶颈问题。

比如,目前热炒的可折叠手机实际上只是利用了一个旋转轴,根本无法进行任意折叠;一些可穿戴电子设备不可避免地要遇到反复折叠的问题,至今也无法解决。若要解决这些问题,超折叠导电材料无疑是关键的一环。

实际上,人们对导电材料的折叠已经进行了大量的探索,可距离超折叠性能仍相差甚远,哪怕千次以上的无损真折叠也无法实现。

近日,来自同济大学、上海师范大学以及大连理工大学的科研人员,在用化学键理论阐明本征导电材料不能经受大量真折叠原理的基础上,应用超材料设计思想和仿生设计思路,使用改进的静电纺丝/梯度碳化技术,首次仿生制备了一种可承受100万次乃至无限次真折叠而无任何损伤的超折叠导电碳材料(SFCMs)。相关研究成果在线发表于《物质》(Matter)。

【难啃的超折叠“骨头”】

在日常工作和生活中,人们常常存在一个认识误区,那就是认为导电材料的折叠根本不是事儿。

实则不然。比如,金属材料是由无方向性的金属键组成的,因而具有一定的柔韧性,可以进行弯曲甚至少量折叠。但金属键作为化学键的一种,也是短程力,经不住180°真折叠的大幅度的调度,多次折叠带来的损伤积累最终会导致断裂。

导电高分子是由共轭大∏键组成的,具有双键性质,并且比单键具有更多的刚性,经受不住大的变形,更不必说反复折叠了。

以单层石墨烯、单根碳纳米管和碳纳米纤维为代表的碳材料通常被认为具有很好的柔性,但实际上石墨烯是由sp2杂化的大的共轭Π键构成的超薄平面结构,其中共轭Π键具有双键性质,无法承受大量反复的真折叠;碳纳米管其实相当于卷曲的石墨烯,碳纳米纤维中含有大量的石墨化结构,自然经受不住反复的真折叠。

总之,目前的本征导电材料在理论上和实践上都不能承受大量次数的真折叠。如果要实现超折叠性能,需要设计出能够避免化学键直接面对折叠的应力分散结构。

为此,人们进行了大量的探索,通过引入不同的孔结构、调节组装单元间的界面作用、组装不同的立体结构,制备出如金属网格、瓦楞状石墨烯多层膜、竹节状的碳纳米纤维等柔性导电材料,因此它们的柔性得到了有效的提升。原本只能弯一弯的材料变得可以折叠,甚至有的材料在以结构损伤为代价的前提下可以实现千次的折叠。

遗憾的是,由于没有理论的指引,科研人员一直在黑暗中摸索,使得现有材料的折叠性能远远不能满足实际使用的要求,更谈不上超折叠。

山重水复疑无路,柳暗花明又一村。一次参观蚕厂的机会,让同济大学的科研人员倍受启发,走出了一条实现超折叠结构和性能的“仿生之路”。

【源于喷丝作茧的灵感】

人类养蚕抽丝已有数千年的历史,家蚕通过神奇的飞丝走线技艺喷丝作茧,为生产柔软的丝绸提供了优质的原材料。但是这种生蚕茧质地僵硬,不能直接制造纺织品。劳动人民在生产实践中发现,通过简单的碱煮缫丝就能同步实现蚕茧解交联、造孔和膨化等复杂变化,使之由僵硬变得超柔,能够承受大量反复折叠同时产生了ε折叠结构。

“家蚕吐丝—做茧—缫丝等一系列过程能够获得具有超折叠能力的熟蚕茧及其自然形成的‘ε’折叠结构。这些都为超折叠导电材料的制备提供了正确的设计思想与合理的设计路线。” 此项工作的通讯作者之一、同济大学化学科学与工程学院教授吴庆生告诉《中国科学报》。

如果能够对这个制备过程和最终结构进行模仿,那么超折叠的结构和性能有可能实现。基于这样的想法,吴庆生和同济大学特聘研究员吴彤领衔的研究团队使用仿生的高分子静电纺丝来模仿家蚕的喷丝作茧过程和类似的网络结构;进一步通过梯度升温原位碳化模仿缫丝过程,不仅同时实现了材料的解交联、造孔和膨化,而且赋予材料导电特性。最终,通过过程和功能的联合仿生技术,实现了导电超折叠材料的制备(见图)。

图2:制备超折叠碳材料的仿生设计

(同济大学供图)

随后,科研团队对该材料的柔性尤其是折叠性能进行了系统的研究。不仅通过自制的折叠机对它承受反复折叠的能力进行了考察,而且通过自主设计的SEM微观动态观察系统首次实现了折叠过程的实时解析。结果发现,它能够承受超过100万次的反复折叠而没有任何的微结构损伤和导电率变化。而实时折叠观察揭示了这种突破性的无损超折叠能力起源于折叠时形成的ε结构的全面应力分散作用。

这种导电柔性材料的问世,不仅实现了导电材料在超折叠性能上的突破,还弄清了其在折叠过程中的应力分散机制,为其他超折叠导电材料的制备指明了方向。与此同时,该项研究还将解决一系列折叠相关的柔性电子器件的瓶颈问题,乃至为任意变形的电脑/手机一体化超柔设备的制造带来曙光。

【创新永不止步】

研究结果的取得令人振奋,但过程中的个中滋味却只有亲历者才能体会。在研究过程中,研究人员也曾遇到很多困难,甚至一度冒出放弃的念头,但最终还是依靠坚强的意志和团队的力量,经过三年多的刻苦攻坚,终于取得了成功。

对于超折叠材料的实现而言,摆在科研团队面前的最大难题是至今无人知道什么样的构造可以实现超折叠。后来由于受到熟蚕茧能够超折叠并且产生ε结构的启发,明白了其中的构造奥秘,难题便迎刃而解。

如何实现这种构造的制备,是团队亟需解决的第二个难题。家蚕的喷丝作茧过程与常用的高分子静电纺丝工艺非常相似。但是现有的大量静电纺丝工作都没有实现超折叠的结果。“这说明生搬硬套老方法是完全行不通的,必须在传统的静电纺丝中闯出一条新路来。于是我们通过大量的仪器改造和技术优化探索,终于迎来了超折叠碳材料的诞生。”本研究第一作者、同济大学博士昝广涛告诉《中国科学报》。

在科学探索的道路上,创新永无止境。“下一步,我们将会把本工作建立的理论和方法拓展到更多更广的超折叠材料和设备中去。让可折叠手机等柔性电子设备变得收放自如,让可穿戴器件可以自身发电、自由活动、随意洗藏,让折纸式手机/电脑一体化早日实现。”吴庆生充满信心地表示。https://t.cn/A6MSZrLU

#武汉文旅资讯#【旅游排名持续稳居全国前十,武汉是怎么做到的?】国庆七天,武汉文旅市场一片红火。携程发布《2021年国庆假期出游总结报告》显示,武汉成为“十一”黄金周全国最热门的十大目的地之一;在飞猪数据中,武汉位居国庆热门目的地第七;去哪儿数据显示,武汉成为“十一”黄金周十大铁路到达热门城市之一。

回看今年“五一”、端午、中秋假期,武汉在全国旅游目的地中持续稳居全国热门前十,在携程联合新华财经发布的《2021“五一”旅行大数据报告》中,武汉位列“五一”黄金周十大热门旅游城市第九;飞猪端午数据中,武汉位列全国热门入住城市全国前十;携程《2021年中秋假期旅游数据报告》中,武汉入围全国热门周边游目的地前十。

凡节假日必火,武汉是怎么做到的?在今年国庆全市各处海量的文化旅游活动中,记者探寻答案。

经典旅游打卡地推陈求变,让游客来了还想来 

黄鹤楼和东湖是踏访武汉必打卡的经典城市旅游地标,天南海北的游客口口相传后,更多的游客慕名而来,黄鹤楼与东湖在全国人气愈来愈旺。

“黄鹤楼已经不是印象中的模样了,它通过光影故事,让那段尘封的历史活了过来。”广州游客郑真6年前曾来过武汉,与父母一起登过黄鹤楼,如今是她第二次打卡黄鹤楼。“一开始我比较排斥再打卡,后来看到夜晚的黄鹤楼频频登上微博热搜,好美啊,国庆就又来了。”郑真说,夜晚来到黄鹤楼不敢眨眼睛,生怕错过任何一个画面和故事。据了解,国庆长假,黄鹤楼夜游共推出12场演出,七成为外地游客。

越来越多的自由行游客因东湖而来。33平方公里水域与青山相依,自然山水是吸引游客的一大因素,一系列新玩法在全网火了起来,也成为游客纷至沓来的动力之一。数据显示,今年国庆期间东湖风景区共接待游客181.34万人次,同比2020年“十一”增长了14.32%,同比2019年“十一”增长了5.33%。近期成为网红打卡地的东湖沙滩景区在国庆期间举办奇趣嘉年华活动,日接待游客超3500人次,晚间入场游客占多数。夜幕降临,磨山山麓的东湖之眼摩天轮亮起璀璨光芒,游客将最想说的话发送到后台,巨大的摩天轮上就出现了告白弹幕。桨板、帆船等水上项目国庆期间得到各地游客热捧。武汉欢乐谷国庆期间接待游客13.6万人次,除原有项目设备外,随处可见的演艺节目与趣味互动吸引不少游客驻足观看,夜间上演的“国庆奇妙夜”晚会也让游客停留时间再次拉长。

新的网红打卡地不断涌现,游客行程单越来越丰满 

自今年春天推出“焰遇花博汇”活动后,夜晚的武汉花博汇成为武汉夜游市场的一张名片,国庆期间刷屏全网,七天总游客量近20万人次。日赏鲜花、夜赏烟花的同时,许多游客还选择住在景区内的民宿中,沉浸式体验。据介绍,景区内民宿每日爆满,国庆后的周末民宿预订量也超过80%。“来这里度假,是很正确的选择。”6日,西安游客赵戈入住了景区刚刚上新的亲水船屋民宿,体验了热气球俯瞰花海,拍照打卡后观赏了焰火表演。“好美,满目皆星河!我还会推荐朋友来。”

长江之上,新生的网红打卡地也不断玩着新花样。国庆期间,知音号游轮对正剧演出进行了再升级,还上新了国潮相声大会,将传统艺术与新式旅游相结合。国庆期间,知音号还安排了9场沉浸式剧本杀《破浪者》,5700平方米的游轮摇身一变剧本杀实景场地,专业演员为游客带来与众不同的游玩体验,场场提前售罄。“不来武汉,都不知道知音号这么浪漫、这么好玩。”东莞游客小铭国庆期间来汉游玩,特意提前半个月购买了知音号的门票,“早就看过知音号的攻略了,亲身体验更惊叹,比想象中更牛,武汉真好玩!”

国庆期间,武汉各地也上新着花样玩法。木兰草原的露营让躺在草原看星空在武汉成为现实,花园道的“国风计划”活动将国风以年轻化的形式传播开来,武汉植物园夜间秒变“爱丽丝梦游奇境”吸引5万游客打卡,昙华林人文小镇国庆“新鲜出炉”,全国游客扎堆打卡。成都游客韩烽说:“行程单越来越丰满了,这次国庆只在武汉呆了4天,好多地方没玩到,下个假期再来。”

中国旅游研究院院长戴斌:武汉是城市旅游创新发展的推动者

中国旅游研究院院长、文化和旅游部数据中心主任戴斌接受记者采访时表示,武汉旅游业正面临重要的发展机遇,除了传统认知的大江大河大武汉,武汉作为长江中游乃至整个长江流域最重要的超大型城市之一,也是国家级旅游休闲城市和世界级城市的先行建设者,还是城市旅游创新发展的推动者。

戴斌认为,现代城市旅游的发展所必需的几个要素——国际知名度、交通的可进入性、公共设施的完善性、公共服务的完善性、商业环境的现代化,武汉都非常完备。特别要指出的是,历史积淀下来的武汉人民的美好生活,构成了一种独特的城市气质和品质氛围。在广大游客的心目中,武汉既有美丽风景,也有品质生活;武汉是可以想象的,也是可以触摸的;武汉之魅,在于它有触手可及的温暖,更在于它面向未来的无限。总之,这是一座充满生机活力和人间烟火的美好生活新空间。

武汉旅游业如何实现跨越式发展?戴斌认为,文化引领、科技赋能、融合发展、主客共享是当前旅游业的一个发展方向。戴斌说,文化、科技、工业、农业、体育、医卫康养等等,和旅游融合创新的可能性越来越大,带给广大游客的享受和可选择性也越来越多。广大游客越来越喜欢风景之上的美好生活,越来越喜欢主客共享的品质空间。文化引领型的生活空间、科技支撑型的演艺场所和体验空间,越来越受到广大游客的欢迎。“祝福英雄的武汉、有品质的武汉、充满无限可能的武汉,早日成为世界一流旅游目的地。”(长江日报)

#启明救助# 我们在温江金马蓉西新城救助一只成年贵宾,小家伙肚子上有一很大的乳腺肿瘤,也不知是不是因为这个原因所以被遗弃了,现已送往温江定点医院诊治。目前小家伙已经成功做了手术把肿瘤取出来了,很大一颗,触目惊心,希望小家伙能早日康复。还是想劝大家一句,在养之前想好自己能不能负担它的一生。#动物保护##动物救助#

如果您想要向需要帮助的牠们伸出援手,请点击下方链接,启明小动物保护中心,感谢您的援助[心]

启明编辑组 猪猪 https://t.cn/A6bGqJV5


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