當某一人把一張紙弄皺，通常意味著他要扔了它。但是研究人員如今卻發(fā)現(xiàn)一片褶皺石墨烯紙—一種由二維碳原子層粘結在一起形成的材料—具有一種新特性，可以利用這種特性創(chuàng)造出非凡的可伸縮的超級電容，這種電容可以為柔性電子設備存儲能量。麻省理工學院機械工程和土木與環(huán)境工程系助理教授趙選賀與另外四位作者在ScientificReports期刊上發(fā)表了這一發(fā)現(xiàn)。研究團隊說，制造這種新型柔性超級電容應該比較容易，制造成本也不會昂貴。

　　——二維“碳紙”能夠形成可伸縮的超級電容器，這種電容器可為柔性電子設備提供電能。

　　為了生成褶皺石墨烯，首先將一層高分子材料沿其兩個維度方向拉伸，然后將石墨烯粘合到被拉伸的高分子材料上

　　為了生成褶皺石墨烯，首先將一層高分子材料沿其兩個維度方向拉伸，然后將石墨烯粘合到被拉伸的高分子材料上。當釋放一個維度方向上拉伸時，石墨烯上就出現(xiàn)了規(guī)則的褶皺，如左下圖所示，此圖由掃描電子顯微鏡（SEM）獲得。最后，當釋放另外一個維度方向上的拉伸時，石墨烯上就出現(xiàn)了混雜的褶皺（如左上圖所示）。右上圖的SEM圖像表明石墨烯處于輕微的褶皺狀態(tài)。右下圖的SEM圖像顯示的是被壓平了的褶皺石墨烯。圖片由研究人員提供。

　　褶皺石墨烯超級傳感器圖

　　褶皺石墨烯超級傳感器圖（圖中左上部分）。上、下兩層為用作基板的聚合物，黑色的兩層為褶皺石墨烯，白色的中間層為用作電解質(zhì)的水凝膠。插圖表示的是超級電容的實際產(chǎn)品，其證明了無論如何彎曲它，都不會影響其導電特性。圖片由研究人員提供。

　　當某一人把一張紙弄皺，通常意味著他要扔了它。但是研究人員如今卻發(fā)現(xiàn)一片褶皺石墨烯紙—一種由二維碳原子層粘結在一起形成的材料—具有一種新特性，可以利用這種特性創(chuàng)造出非凡的可伸縮的超級電容，這種電容可以為柔性電子設備存儲能量。

　　麻省理工學院機械工程和土木與環(huán)境工程系助理教授趙選賀與另外四位作者在ScientificReports期刊上發(fā)表了這一發(fā)現(xiàn)。研究團隊說，制造這種新型柔性超級電容應該比較容易，制造成本也不會昂貴。

　　趙選賀說：“許多人都在研究石墨烯紙：由于單位質(zhì)量的石墨烯具有非常大的表面積，它就成為了一種可以用來制造超級電容的好材料。”他還指出，如今柔性電子設備的發(fā)展需要柔性的電能存儲系統(tǒng)，比如可穿戴式、可植入生物醫(yī)學傳感器或監(jiān)控設備。

　　與電池類似，超級電容能夠存儲電能，但是超級電容主要以靜電的形式存儲電能，而不是以化學能的形式存儲電能，因此超級電容輸送電能的速度比電池快。趙選賀和他的研究團隊證明通過將一層石墨烯紙弄成混雜的褶皺的方法可以制造出一種可以被隨意彎折或者被拉伸到其原來尺寸8倍的超級電容。出于原則性的證明，研究團隊已經(jīng)使用這種方法制造了一種簡單的超級電容。

　　該團隊證明了這種材料在被反復地弄皺、壓平1000次后，其性能也不會出現(xiàn)顯著的下降。趙選賀說：“石墨烯紙非常耐用，它能夠承受多輪次的大變形?！笔┦且环N僅有一個碳原子厚度的六邊形純碳結構，它是已知最強悍的材料之一。

　　為了制造褶皺石墨烯紙，首先將一層材料放在機械設備上，沿一個方向壓縮這層材料，形成一系列互相平行的褶，然后沿另一個方向壓縮這層材料，就會形成混雜的褶皺表面。當被拉伸時，這層材料就很容易被拉平。

　　形成電容需要兩層電容，本例中就是兩層褶皺石墨烯紙，兩層電容之間需要絕緣層，本例中絕緣層的材料為水凝膠。同褶皺石墨烯一樣，水凝膠具有很強的變形性和延展性。因此，即使是被彎折或拉伸，這三層仍然能保持接觸。

　　并未參與這項研究的澳大利亞莫納什大學材料工程教授李丹（音譯）說：“這項工作真是令我感到興奮和驚訝?！彼赋鲈撗芯繄F隊提供了一種極其簡單但又高效的概念，即通過控制多層石墨烯薄膜的褶皺來制造超級電容的可伸縮式電極。他接著說：“在其他的團隊都已經(jīng)制造出了柔性超級電容的時候，制造可伸縮式超級電容是一個巨大的挑戰(zhàn)。這篇文章提出了一種聰明的辦法來應對這一挑戰(zhàn)，我相信這一辦法將會把可穿戴式能量存儲設備帶到大家身邊。”

　　研究團隊還包括華中科技大學的臧劍鋒、杜克大學的曹長陽（音譯）、馮亞英（音譯）和劉杰（音譯）。這項工作由美國國家海軍辦公室、美國國家科學基金會和中國國家資助。