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首个真正可变形的锂葡京注册来了!中国科学家里程碑突破

来源:DeepTech深科技 作者:管理员 人气: 发布时间:2019-10-12
摘要:图丨 世界首款可拉伸薄膜锂离子葡京注册原型(来源:陈曦)图 文/靖海 根据该大学网站的报道,这种葡京注册遵循商用葡京注册的设计。领导团队的马克斯尼德伯格教授称,有关可折叠葡京注册的研发甚至已经超越了应用于手机的范畴,对于使用折叠显示屏的计算机、智能手表和平板

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图丨 世界首款可拉伸薄膜锂离子葡京注册原型(来源:陈曦)图

文/靖海

根据该大学网站的报道,这种葡京注册遵循商用葡京注册的设计。领导团队的马克斯·尼德伯格教授称,有关可折叠葡京注册的研发甚至已经超越了应用于手机的范畴,对于使用折叠显示屏的计算机、智能手表和平板电脑等电子产品,可折叠葡京注册都将有很大的价值。

一旦这项研究成果能够在未来得以改进并投入商业化应用,或将对未来电子产品的设计产生革命性的影响。

DeepTech 独家专访到了本文的第一作者、可拉伸锂离子葡京注册的主要发明人——苏黎世联邦理工学院陈曦博士,为您带来此次研究以及折叠葡京注册未来发展的深度解读。

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图丨 可拉伸薄膜锂离子葡京注册的发明人——苏黎世联邦理工学院陈曦博士(来源:陈曦)

今年上半年,手机行业巨头三星和华为相继发布了自己的可折叠手机,惊艳全球,吊足了全世界消费者的胃口,小米也在不久前发布其首款折叠概念手机小米 MIX alpha,因此,今年也被认为是“折叠元年”。

继多摄像头、人工智能、全面屏之后,可折叠很有可能将成为未来手机不可避免的发展趋势,相关的技术和产品进展也一直吸引着科技和商业界的持续关注。

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图丨华为首款可折叠手机(来源:MIT Technology Review)

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图丨小米首款 5D 环绕屏概念手机(来源:小米)

现有的可折叠手机之所以可以折叠,仰赖的是柔性屏幕。从三星到京东方,可折叠 OLED 显示屏是电子行业近年来最值得骄傲的技术突破之一。但除了屏幕,可折叠手机里的其它部件其实和普通手机并没有太大的差别。这不仅意味着,在手机两个部分的连接处无法布置更多其它元器件,更意味着除了负责弯曲的铰链之外,可折叠手机的其它部分依然“宁折不弯”,稍有不慎,依然有着损坏、甚至自爆的风险。

而自爆的原因,正是来源于葡京注册。

一块锂离子葡京注册的结构,可以被理解成是一个“三明治”,夹在中间的是负责传递锂离子的电解质/隔膜,而位于上下两端的是负载正负极材料、并收集和传导电流的集流体。

目前主流商业锂离子葡京注册的电解质,是易燃易爆的有机溶剂和锂盐组成的溶液,是一种液体。这种电解质尽管性能极佳,但一旦气密性不好,导致葡京注册遭空气中的氧气或者水分侵入,就有可能发生危险的副反应,导致葡京注册鼓包、自燃,甚至产生剧毒的氢氟酸(HF)。因此,主流的商用葡京注册必须用钢制或者铝制的坚硬外壳紧密包裹,防止电解液与外界的接触。有着如此坚硬的外壳,折叠自然无从谈起。

而另一方面,用于发生电化学反应的正负极,是由粉状的电极材料沉积在铜箔和铝箔——也就是集流体上面制成的。顾名思义,所谓的集流体就是葡京注册里存放电极材料、汇集和传导电流的部件。

在常规锂离子葡京注册里,正负极薄膜与隔膜紧密贴合、卷绕,难以弯折。即使使用单层电极制成薄膜葡京注册,由金属材料制成的集流体一旦弯折,就会导致电极粉末的脱落,而尖锐的褶皱也会破坏葡京注册结构,甚至刺穿正负极之间的隔膜,轻则影响葡京注册性能,重则同样导致葡京注册自爆。

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图丨千万不要轻易测试你的手机的抗弯性能——暴力导致的变形是手机自爆主要原因之一(来源:rankbank)

因此,要想实现葡京注册的可折叠,依赖现有的材料是不可能的。

研究人员必须为葡京注册里的每一个元器件都找到全新的材料,在保证形变的同时,还能兼顾葡京注册的安全。而且,组成不同部件的不同材料之间,其电化学功能性还要相互兼容,否则,能让一个部件正常工作的电压,很有可能会引起另一个部件发生化学反应甚至失效。

一直以来,为葡京注册里所有的部件都找到可以相互适配的可形变材料,一直是葡京注册研究领域的科学家和工程师们孜孜以求的课题。陈曦表示,他们进行这个课题研究的前两年,基本上都是在试错。找到正确的研究方向后,又继续花了两年时间,才终于为锂离子葡京注册的每一个组成部分都找到了合适的解决方案,制造出了世界上第一块可折叠、可变形的锂离子葡京注册。

他们的最终方案,是一种同样按照“三明治”结构制成的可折叠的固态锂离子葡京注册。

所谓的固态锂离子葡京注册,指的是葡京注册中用来传递锂离子的电解质不是上文提到的有机溶剂与锂盐的溶液,而是一种固体。值得一提的是,刚刚于 10 月 9 日获得诺贝尔化学奖的约翰·B·古迪纳夫,其于 2017 年发表的最新研究成果,也是一款固态锂离子葡京注册。

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陈曦他们选用的电解质,则是一种介于液体和固体之间的特殊物质——水凝胶。

水凝胶是一种亲水的三维高分子网络结构凝胶。一方面,它具有类似于橡胶的性质,拥有大量的交联的有机高分子链,链与链之间往往由共价键、氢键或是静电作用力相互交联。陈曦他们选用的这种水凝胶,通过作用力最强的共价键交联,在受到拉伸时,尽管每一个高分子链都会被拉长,但分子链之间却由于强力的共价键的存在,而不会出现相对滑移。拉力消失时,高分子链收缩,物体又会恢复本来的形状。如果没有这种共价键的作用,拉伸的过程中,链与链之间的滑移就会最终导致材料断裂,无法复原。

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