基于三维纳米碳基复合组装体的轻质柔性可植入多功能电极的基础研究

基本信息
批准号:51572094
项目类别:面上项目
资助金额:64.00
负责人:肖菲
学科分类:
依托单位:华中科技大学
批准年份:2015
结题年份:2019
起止时间:2016-01-01 - 2019-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:王宁,张鹏辉,张哲野,张艳,赵安顺,王露,段贤明
关键词:
电极材料植入式器件超级电容器电化学传感器电化学性能
结项摘要

Nanocarbon materials possess unprecedented characteristic features that cannot be observed or achieved by other materials, and therefore hold promising potential in implantable medical applications. Coupled with recent progress in materials science, electrochemistry, analytical chemistry and biomedicine, we propose the development of a new type of lightweight and flexible implantable versatile electrode, and carry out the fundamental research in this respect: In this project, we design the systematic research framework of “material selection-technology development- function orientation-structure tuning-performance optimization-device assembly”. Based on it, three-dimensional (3D) nanocarbon-based macroassembly will firstly be fabricated using zero-dimensional (0D) hollow carbon nanoshpere (HCNS), one-dimensional (1D) carbon nanotube (CNT) and two-dimensional (2D) graphene nanosheet (GN) as the building-blocks. The scalable integration of 0D HCNS, 1D CNT and 2D GH leads to the formation of lightweight and flexible nanocarbon-based thin film with bionic “muscle-skeleton-skin” nanostructure. The resultant 3D nanocarbon-based macroassembly will further be functionalized by loading hierarchical nanomaterials with different morphologies and components on it. Taking advantages of the synergetic contribution from the multi-dimensional, multi-component and multi-layered coupling, the overall performances of 3D nanocarbon-based composite materials will be improved to a great extent, which enable them be used as high-performance implantable versatile electrodes in implantable energy-related device and implantable sensing devices. It can envision that this proposal will provide new insights on the fabrication of lightweight and flexible carbon-based electrodes for a diverse range of applications, and will contribute to the development of a new generation of implantable devices.

碳纳米材料以其无可比拟的特性在植入式医学领域极具应用潜力。本项目结合材料学、电化学、分析化学和生物医学等多学科前沿进展,构筑基于三维纳米碳基复合组装体的轻质柔性可植入多功能电极,并开展相关基础研究:设计“材料甑选—工艺开发—功能导向—结构调控—性能优化—器件组装”研究体系,以零维空心碳纳米球、一维碳纳米管和二维石墨烯纳米片为构筑单元,开发规模化合成工艺,制备微观上呈现仿生学上类似“肌肉-骨骼-皮肤”纳米结构、宏观上呈现轻质柔性薄膜结构的碳基组装体;建立纳米尺度下碳基材料功能化新方法,以纳米碳基组装体为载体负载多种不同形貌和组成的功能纳米材料,构建具有分级结构的纳米碳基复合组装体;通过多维度、多组分、多层次耦合全面提升纳米碳基复合材料的综合性能,构筑可用于植入式储能和传感装置的高性能可植入多功能电极,为构建具有普适意义的轻质柔性碳基电极提供全新的思路,为研发新一代植入式器件奠定坚实的基础。

项目摘要

本项目结合材料学、电化学、分析化学和生物医学等多学科前沿进展,构筑基于三维纳米碳基复合组装体的轻质柔性可植入多功能电极,并开展相关基础研究:设计“材料甑选—工艺开发—功能导向—结构调控—性能优化—器件组装”研究体系,以空心碳纳米球、碳纳米管和石墨烯纳米片为构筑单元,开发规模化合成工艺,制备微观上多种不同维度的纳米碳基组装体,如一维碳基纤维、二维纸状薄膜和三维多孔泡沫材料等;建立纳米尺度下碳基材料功能化新方法,以纳米碳基组装体为载体负载多种不同形貌和组成的功能纳米材料,构建具有分级结构的纳米碳基复合组装体;通过多维度、多组分、多层次耦合全面提升纳米碳基复合材料的综合性能,构筑具有优异储能和传感装置的轻质柔性高性能多功能电极,如一维碳基纳米复合纤维微电极、二维柔性碳基纳米复合纸电极和三维轻质多孔自支撑电极等,并且开发了其在电化学超灵敏检测癌细胞和肿瘤组织中的肿瘤标志物的实际应用。本项目的研究工作为构建具有普适意义的轻质柔性碳基电极提供全新的思路,为研发新一代植入式器件奠定坚实的基础,在纳米技术和临床医学等领域具有广泛的应用前景。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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