▲ 第一作者：马佩佩；共同通讯作者： 邹贵付，娄艳辉 论文DOI：10.1002/aenm.201903357本工作报道了水分子驱动的丝素蛋白衍生薄膜具有良好的可逆塑性和柔韧性，能够实现在室温下从简单操作（包括弯曲、折叠和拉伸）到复杂三维结构（包括花、蝴蝶结和纸鹤）的各种变形，并且保持良好的导电性能。通过对薄膜基底的塑形来操控钙钛矿电池的形变，从而实现了器件的可拉伸性。该工作以封面文章发表在Advanced Energy Materials。电影变形金刚吸引着世界各地的观众。相比于刚性的电子产品，可变形的电子器件提供了额外的吸引人的特性，例如应用场景和功能的多样化，曲面的保形覆盖亦或是便携性。目前，可变形电子器件的实现更多的是基于塑料衬底，如聚二甲基硅氧烷或聚氨酯等，通过在这些预拉伸的弹性衬底上制备器件来实现器件的可拉伸变形。这些研究为可变形电子器件提供了基础。而柔性薄膜电极作为可变形电子器件的基础应该具备能够承受反复弯曲、扭转、拉伸、折叠或可逆塑形等变形的同时保持良好的导电性能。丝素蛋白具有优异的柔韧性、生物相容性和生物降解性，在生物、光电子等领域具有巨大的应用潜力。丝素蛋白中含有丰富的氨基和羰基，易与聚合物、纤维素或一些溶剂形成氢键，从而改变其物理性质。值得注意的是，水分子作为增塑剂，可以降低丝素蛋白的玻璃转化温度，影响丝素蛋白的结构、热学性能或力学性能。这为拓展丝素蛋白的多功能化提供了可能性。在水分子的作用下，丝素蛋白能够实现“软”和“硬”两种状态的变换，进而可以根据需要，将丝素蛋白衍生薄膜在室温下塑造成各种形状，例如，花、蝴蝶结和纸鹤等形状。并且，在这些操作下，基底仍然保持良好的导电性能。基于丝素蛋白衍生薄膜的柔性钙钛矿电池因而表现出优异的柔韧性及可变形的能力。对水分子驱动塑性形变的机理进行研究。红外光谱显示水与丝素蛋白非晶区的氨基和羰基形成氢键，阻止了分子链之间的紧密结合。宏观上表现为丝素蛋白膜由“硬”到“软”状态上的变化。此时，在外力的作用下分子链之间可以相对滑动，重新排列和组合形成新的结构。即使当外力去除后，该结构也能完整的保持，从而实现塑形的目的。另外，还可以通过重复的水处理，使得丝素蛋白薄膜恢复原本平整的状态或再塑造成其他形状，也就是说塑形的过程是可逆的。基于丝素蛋白衍生薄膜优异的柔韧性，将其应用于钙钛矿太阳能电池中作为柔性支撑电极，最终获得最高10.4%的器件效率。该电池在以2.5mm的弯曲半径弯曲1000次后仍能保持原有效率的92%。丝素蛋白衍生薄膜可变形的能力，利用溶剂处理将柔性钙钛矿电池塑造成波浪形状，实现电池的可拉伸性。在50%的拉伸应变下拉伸50次后，器件效率仍保持在初始值的60%以上。邹贵付课题组证实了柔性且可塑的丝素蛋白衍生薄膜应用于功能化的钙钛矿太阳能电池。研究表明利用水增塑原理赋予了该薄膜良好的柔韧性及可逆塑性，实现了从简单操作(包括弯曲、折叠、拉伸)到复杂结构(包括花、蝴蝶结、纸鹤)的变形，并保持原有的光电性能。在此基础上，基于该薄膜的柔性钙钛矿太阳能电池实现了多功能化。该工作为未来实现电子器件的不同形变，进一步拓展器件的多功能性提供了可能。
目前评论：0