作者：彭慧胜
页数：409
出版社：科学出版社
出版日期：2021
ISBN：9787030686633
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内容简介
本书主要总结了具有能量转化、能量存储、发光、计算、传感等系列功能的新型纤维电子器件。重点阐述界面和微结构对纤维电子器件性能的影响机制，揭示纤维电子器件中电荷产生、分离、传输和收集的一些基本规律。本书也从纤维电极材料合成、界面调控、器件构建方法学、学科交叉应用等多个角度，展望了未来纤维电子器件的主要发展方向。纤维电子器件作为一个新兴领域正在快速成长，有望成为具有重要影响力的新学科。
目录
目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 纤维材料的发展 1
1.1.1 纤维材料的历史 1
1.1.2 纤维材料的特征 1
1.2 电子器件简介 2
1.2.1 电子器件的发展历史 2
1.2.2 电子器件的发展趋势 3
1.3 传统平面器件的挑战 4
1.4 纤维电子器件的发展 4
1.4.1 纤维电子器件的历史 4
1.4.2 纤维电子器件的特征 4
1.4.3 纤维电子器件的分类 5
1.4.4 纤维电子器件的性能 5
1.4.5 纤维电子器件的应用 8
1.4.6 总结 10
参考文献 10
第2章 纤维电极 13
2.1 引言 13
2.2 金属纤维电极 14
2.2.1 铜导线和铝导线 14
2.2.2 不锈钢导线 15
2.2.3 钛丝 15
2.2.4 其他金属纤维电极 17
2.3 碳基纤维电极 18
2.3.1 碳纳米管纤维 18
2.3.2 石墨烯纤维 36
2.3.3 碳纤维 40
2.4 高分子纤维电极 40
2.5 总结 41
参考文献 41
第3章 纤维器件中的电荷分离与传输机制 48
3.1 引言 48
3.1.1 染料敏化太阳能电池 48
3.1.2 聚合物太阳能电池 49
3.1.3 钙钛矿电池 51
3.2 纤维器件中的电荷分离机制 51
3.2.1 纤维能源器件的结构 52
3.2.2 纤维能源器件的界面 53
3.3 纤维器件中的电荷传输机制 55
3.3.1 电子传输机制 55
3.3.2 离子传输机制 58
3.4 纤维器件结构参数对其电荷分离与传输过程的影响规律 60
3.5 小结与展望 62
参考文献 62
第4章 纤维染料敏化太阳能电池 65
4.1 染料敏化太阳能电池概述 65
4.1.1 工作原理 66
4.1.2 材料 72
4.1.3 表征 75
4.1.4 小结 75
4.2 纤维染料敏化太阳能电池概述 76
4.3 缠绕结构的纤维染料敏化太阳能电池 78
4.3.1 工作电极 79
4.3.2 对电极 82
4.3.3 电解质 88
4.4 同轴结构的纤维染料敏化太阳能电池 91
4.5 交织结构的染料敏化太阳能电池织物 93
4.6 多功能的纤维染料敏化太阳能电池 95
4.7 小结与展望 98
参考文献 98
第5章 纤维聚合物太阳能电池 102
5.1 聚合物太阳能电池概述 102
5.1.1 工作原理 102
5.1.2 器件结构 104
5.1.3 材料 105
5.1.4 表征 107
5.1.5 总结 109
5.2 纤维聚合物太阳能电池概述 109
5.2.1 缠绕结构的纤维聚合物太阳能电池 109
5.2.2 同轴结构的纤维聚合物太阳能电池 110
5.3 基于碳纳米管的纤维聚合物太阳能电池 111
5.4 基于交织结构的聚合物太阳能电池织物 116
5.5 展望 120
参考文献 121
第6章 纤维钙钛矿太阳能电池 124
6.1 钙钛矿太阳能电池概述 124
6.1.1 工作原理 125
6.1.2 器件结构 126
6.1.3 材料 127
6.1.4 小结 128
6.2 柔性钙钛矿太阳能电池 128
6.3 纤维钙钛矿太阳能电池 131
6.3.1 制备工艺 131
6.3.2 宽温度范围工作的纤维钙钛矿太阳能电池 137
6.3.3 可拉伸纤维钙钛矿太阳能电池 140
6.4 小结与展望 142
参考文献 142
第7章 纤维超级电容器 145
7.1 超级电容器概述 145
7.1.1 储能机理 146
7.1.2 电极材料 148
7.1.3 电解质 152
7.2 纤维超级电容器 153
7.2.1 概述 153
7.2.2 器件结构 154
7.2.3 制备方法 156
7.3 高性能纤维超级电容器 159
7.3.1 对称纤维超级电容器 160
7.3.2 非对称纤维超级电容器 164
7.4 多功能纤维超级电容器 165
7.4.1 可拉伸纤维超级电容器 165
7.4.2 电致变色纤维超级电容器 167
7.4.3 自愈合纤维超级电容器 168
7.4.4 形状记忆纤维超级电容器 168
7.4.5 荧光纤维超级电容器 170
7.5 展望 171
参考文献 171
第8章 纤维电化学电池 174
8.1 电化学电池概述 174
8.1.1 电池的组成 174
8.1.2 电池的分类 175
8.1.3 电池的工作原理 177
8.2 纤维锂离子电池 178
8.2.1 纤维碳纳米管/二氧化锰正极 179
8.2.2 碳纳米管/硅复合纤维负极 181
8.2.3 纤维锰酸锂/硅电池 184
8.2.4 纤维锰酸锂/钛酸锂电池 188
8.3 纤维金属-空气电池 195
8.3.1 纤维锂-空气电池 195
8.3.2 纤维锌-空气电池 199
8.3.3 纤维铝-空气电池 200
8.3.4 纤维锂-二氧化碳电池 202
8.4 纤维水系电池 206
8.4.1 纤维水系锂离子电池 207
8.4.2 纤维水系锌离子电池 209
8.5 其他纤维电化学电池 211
8.5.1 纤维锂硫电池 211
8.5.2 纤维镍铋电池 216
参考文献 220
第9章 纤维发光器件 226
9.1 发光机理概述 226
9.2 发光器件的性能参数 227
9.2.1 发光亮度 227
9.2.2 发光光谱 227
9.2.3 色度 228
9.2.4 伏安特性曲线和亮度电压曲线 228
9.2.5 电致发光效率 228
9.2.6 应变亮度和频率亮度曲线 229
9.3 纤维有机发光二极管 229
9.3.1 概述 229
9.3.2 工作机理 229
9.3.3 结构 231
9.3.4 材料 231
9.3.5 OLED加工技术 234
9.3.6 纤维OLED 235
9.4 纤维聚合物发光电化学池 237
9.4.1 概述 237
9.4.2 工作原理 237
9.4.3 器件结构 238
9.4.4 纤维PLEC 239
9.5 无机发光器件 243
9.5.1 基于ZnS的发光材料 244
9.5.2 力致发光纤维 245
9.5.3 交流电致发光纤维 249
9.6 展望 256
参考文献 257
第10章 纤维传感器 261
10.1 柔性传感器概述 261
10.1.1 柔性传感器的发展历程 261
10.1.2 柔性物理传感器 263
10.1.3 柔性化学传感器 266
10.2 纤维物理传感器 268
10.2.1 纤维应变和压力传感器 268
10.2.2 紫外线纤维传感器 276
10.2.3 温度纤维传感器 277
10.2.4 纤维神经电极 279
10.3 纤维化学传感器 280
10.3.1 可穿戴纤维化学传感器检测汗液中的分析物 281
10.3.2 可植入纤维化学传感器监测肿瘤和血液中的分析物 284
10.3.3 可植入纤维化学传感器监测脑内化学物质 287
10.3.4 可植入有机电化学晶体管监测脑内化学物质 290
10.4 展望 292
参考文献 293
第11章 纤维忆阻器 296
11.1 忆阻器概述 296
11.1.1 忆阻器的发展历程 297
11.1.2 器件结构 299
11.1.3 工作原理 299
11.1.4 材料 302
11.2 纤维忆阻器的结构、性能及应用 303
11.2.1 纤维忆阻器的构建方法 303
11.2.2 纤维忆阻器的性能 306
11.2.3 纤维忆阻器的应用 308
11.3 小结和展望 309
参考文献 310
第12章 新型纤维器件 313
12.1 纤维通信器件 313
12.1.1 通信器件概述 313
12.1.2 发展历史 313
12.1.3 辐射机理 314
12.1.4 分类 315
12.1.5 结构 315
12.1.6 纤维通信器件的关键参数 316
12.1.7 影响因素 317
12.1.8 纤维通信器件的构造 318
12.1.9 纤维通信器件的应用 319
12.1.10 纤维光通信器件 321
12.2 植入式肿瘤治疗纤维器件 321
12.3 小结与展望 322
参考文献 322
第13章 纤维器件的连续制备 325
13.1 概述 325
13.2 平面器件的规模化制备技术 326
13.3 纤维电极的连续制备技术 328
13.3.1 金属基纤维电极 328
13.3.2 碳基纤维电极 330
13.3.3 聚合物纤维电极 332
13.4 纤维器件的连续制备方法 333
13.4.1 涂覆法 333
13.4.2 湿法纺丝 336
13.4.3 热拉伸法 337
13.4.4 加捻 338
13.4.5 3D打印 339
13.5 连续编织与纤维器件集成 340
13.6 小结与展望 343
参考文献 344
第14章 纤维集成器件 347
14.1 集成器件概述 347
14.1.1 一体化器件 347
14.1.2 组装器件 349
14.2 纤维集成器件概述 351
14.2.1 太阳能电池和超级电容器的集成器件 351
14.2.2 太阳能电池和锂离子电池的集成器件 355
14.2.3 锂离子电池和超级电容器的集成器件 356
14.2.4 可拉伸纤维集成器件 358
14.3 小结与展望 359
参考文献 359
第15章 纤维器件的封装 361
15.1 封装材料概述 361
15.1.1 封装材料的功能和要求 362
15.1.2 不同封装材料的特性 363
15.1.3 封装方法 368
15.2 纤维器件的封装技术 369
15.2.1 纤维发光器件的封装材料 369
15.2.2 纤维锂离子电池的封装材料 369
15.3 纤维器件的封装方法 371
15.3.1 纤维发光器件的封装方法 371
15.3.2 纤维锂离子电池的封装方法 374
15.4 总结 374
参考文献 374
第16章 智能织物 376
16.1 智能织物概述 376
16.2 光伏织物 378
16.2.1 染料敏化太阳能电池织物 378
16.2.2 聚合物太阳能电池织物 382
16.2.3 钙钛矿太阳能电池织物 385
前言
第1章 绪论 1
1.1 纤维材料的发展 1
1.1.1 纤维材料的历史 1
1.1.2 纤维材料的特征 1
1.2 电子器件简介 2
1.2.1 电子器件的发展历史 2
1.2.2 电子器件的发展趋势 3
1.3 传统平面器件的挑战 4
1.4 纤维电子器件的发展 4
1.4.1 纤维电子器件的历史 4
1.4.2 纤维电子器件的特征 4
1.4.3 纤维电子器件的分类 5
1.4.4 纤维电子器件的性能 5
1.4.5 纤维电子器件的应用 8
1.4.6 总结 10
参考文献 10
第2章 纤维电极 13
2.1 引言 13
2.2 金属纤维电极 14
2.2.1 铜导线和铝导线 14
2.2.2 不锈钢导线 15
2.2.3 钛丝 15
2.2.4 其他金属纤维电极 17
2.3 碳基纤维电极 18
2.3.1 碳纳米管纤维 18
2.3.2 石墨烯纤维 36
2.3.3 碳纤维 40
2.4 高分子纤维电极 40
2.5 总结 41
参考文献 41
第3章 纤维器件中的电荷分离与传输机制 48
3.1 引言 48
3.1.1 染料敏化太阳能电池 48
3.1.2 聚合物太阳能电池 49
3.1.3 钙钛矿电池 51
3.2 纤维器件中的电荷分离机制 51
3.2.1 纤维能源器件的结构 52
3.2.2 纤维能源器件的界面 53
3.3 纤维器件中的电荷传输机制 55
3.3.1 电子传输机制 55
3.3.2 离子传输机制 58
3.4 纤维器件结构参数对其电荷分离与传输过程的影响规律 60
3.5 小结与展望 62
参考文献 62
第4章 纤维染料敏化太阳能电池 65
4.1 染料敏化太阳能电池概述 65
4.1.1 工作原理 66
4.1.2 材料 72
4.1.3 表征 75
4.1.4 小结 75
4.2 纤维染料敏化太阳能电池概述 76
4.3 缠绕结构的纤维染料敏化太阳能电池 78
4.3.1 工作电极 79
4.3.2 对电极 82
4.3.3 电解质 88
4.4 同轴结构的纤维染料敏化太阳能电池 91
4.5 交织结构的染料敏化太阳能电池织物 93
4.6 多功能的纤维染料敏化太阳能电池 95
4.7 小结与展望 98
参考文献 98
第5章 纤维聚合物太阳能电池 102
5.1 聚合物太阳能电池概述 102
5.1.1 工作原理 102
5.1.2 器件结构 104
5.1.3 材料 105
5.1.4 表征 107
5.1.5 总结 109
5.2 纤维聚合物太阳能电池概述 109
5.2.1 缠绕结构的纤维聚合物太阳能电池 109
5.2.2 同轴结构的纤维聚合物太阳能电池 110
5.3 基于碳纳米管的纤维聚合物太阳能电池 111
5.4 基于交织结构的聚合物太阳能电池织物 116
5.5 展望 120
参考文献 121
第6章 纤维钙钛矿太阳能电池 124
6.1 钙钛矿太阳能电池概述 124
6.1.1 工作原理 125
6.1.2 器件结构 126
6.1.3 材料 127
6.1.4 小结 128
6.2 柔性钙钛矿太阳能电池 128
6.3 纤维钙钛矿太阳能电池 131
6.3.1 制备工艺 131
6.3.2 宽温度范围工作的纤维钙钛矿太阳能电池 137
6.3.3 可拉伸纤维钙钛矿太阳能电池 140
6.4 小结与展望 142
参考文献 142
第7章 纤维超级电容器 145
7.1 超级电容器概述 145
7.1.1 储能机理 146
7.1.2 电极材料 148
7.1.3 电解质 152
7.2 纤维超级电容器 153
7.2.1 概述 153
7.2.2 器件结构 154
7.2.3 制备方法 156
7.3 高性能纤维超级电容器 159
7.3.1 对称纤维超级电容器 160
7.3.2 非对称纤维超级电容器 164
7.4 多功能纤维超级电容器 165
7.4.1 可拉伸纤维超级电容器 165
7.4.2 电致变色纤维超级电容器 167
7.4.3 自愈合纤维超级电容器 168
7.4.4 形状记忆纤维超级电容器 168
7.4.5 荧光纤维超级电容器 170
7.5 展望 171
参考文献 171
第8章 纤维电化学电池 174
8.1 电化学电池概述 174
8.1.1 电池的组成 174
8.1.2 电池的分类 175
8.1.3 电池的工作原理 177
8.2 纤维锂离子电池 178
8.2.1 纤维碳纳米管/二氧化锰正极 179
8.2.2 碳纳米管/硅复合纤维负极 181
8.2.3 纤维锰酸锂/硅电池 184
8.2.4 纤维锰酸锂/钛酸锂电池 188
8.3 纤维金属-空气电池 195
8.3.1 纤维锂-空气电池 195
8.3.2 纤维锌-空气电池 199
8.3.3 纤维铝-空气电池 200
8.3.4 纤维锂-二氧化碳电池 202
8.4 纤维水系电池 206
8.4.1 纤维水系锂离子电池 207
8.4.2 纤维水系锌离子电池 209
8.5 其他纤维电化学电池 211
8.5.1 纤维锂硫电池 211
8.5.2 纤维镍铋电池 216
参考文献 220
第9章 纤维发光器件 226
9.1 发光机理概述 226
9.2 发光器件的性能参数 227
9.2.1 发光亮度 227
9.2.2 发光光谱 227
9.2.3 色度 228
9.2.4 伏安特性曲线和亮度电压曲线 228
9.2.5 电致发光效率 228
9.2.6 应变亮度和频率亮度曲线 229
9.3 纤维有机发光二极管 229
9.3.1 概述 229
9.3.2 工作机理 229
9.3.3 结构 231
9.3.4 材料 231
9.3.5 OLED加工技术 234
9.3.6 纤维OLED 235
9.4 纤维聚合物发光电化学池 237
9.4.1 概述 237
9.4.2 工作原理 237
9.4.3 器件结构 238
9.4.4 纤维PLEC 239
9.5 无机发光器件 243
9.5.1 基于ZnS的发光材料 244
9.5.2 力致发光纤维 245
9.5.3 交流电致发光纤维 249
9.6 展望 256
参考文献 257
第10章 纤维传感器 261
10.1 柔性传感器概述 261
10.1.1 柔性传感器的发展历程 261
10.1.2 柔性物理传感器 263
10.1.3 柔性化学传感器 266
10.2 纤维物理传感器 268
10.2.1 纤维应变和压力传感器 268
10.2.2 紫外线纤维传感器 276
10.2.3 温度纤维传感器 277
10.2.4 纤维神经电极 279
10.3 纤维化学传感器 280
10.3.1 可穿戴纤维化学传感器检测汗液中的分析物 281
10.3.2 可植入纤维化学传感器监测肿瘤和血液中的分析物 284
10.3.3 可植入纤维化学传感器监测脑内化学物质 287
10.3.4 可植入有机电化学晶体管监测脑内化学物质 290
10.4 展望 292
参考文献 293
第11章 纤维忆阻器 296
11.1 忆阻器概述 296
11.1.1 忆阻器的发展历程 297
11.1.2 器件结构 299
11.1.3 工作原理 299
11.1.4 材料 302
11.2 纤维忆阻器的结构、性能及应用 303
11.2.1 纤维忆阻器的构建方法 303
11.2.2 纤维忆阻器的性能 306
11.2.3 纤维忆阻器的应用 308
11.3 小结和展望 309
参考文献 310
第12章 新型纤维器件 313
12.1 纤维通信器件 313
12.1.1 通信器件概述 313
12.1.2 发展历史 313
12.1.3 辐射机理 314
12.1.4 分类 315
12.1.5 结构 315
12.1.6 纤维通信器件的关键参数 316
12.1.7 影响因素 317
12.1.8 纤维通信器件的构造 318
12.1.9 纤维通信器件的应用 319
12.1.10 纤维光通信器件 321
12.2 植入式肿瘤治疗纤维器件 321
12.3 小结与展望 322
参考文献 322
第13章 纤维器件的连续制备 325
13.1 概述 325
13.2 平面器件的规模化制备技术 326
13.3 纤维电极的连续制备技术 328
13.3.1 金属基纤维电极 328
13.3.2 碳基纤维电极 330
13.3.3 聚合物纤维电极 332
13.4 纤维器件的连续制备方法 333
13.4.1 涂覆法 333
13.4.2 湿法纺丝 336
13.4.3 热拉伸法 337
13.4.4 加捻 338
13.4.5 3D打印 339
13.5 连续编织与纤维器件集成 340
13.6 小结与展望 343
参考文献 344
第14章 纤维集成器件 347
14.1 集成器件概述 347
14.1.1 一体化器件 347
14.1.2 组装器件 349
14.2 纤维集成器件概述 351
14.2.1 太阳能电池和超级电容器的集成器件 351
14.2.2 太阳能电池和锂离子电池的集成器件 355
14.2.3 锂离子电池和超级电容器的集成器件 356
14.2.4 可拉伸纤维集成器件 358
14.3 小结与展望 359
参考文献 359
第15章 纤维器件的封装 361
15.1 封装材料概述 361
15.1.1 封装材料的功能和要求 362
15.1.2 不同封装材料的特性 363
15.1.3 封装方法 368
15.2 纤维器件的封装技术 369
15.2.1 纤维发光器件的封装材料 369
15.2.2 纤维锂离子电池的封装材料 369
15.3 纤维器件的封装方法 371
15.3.1 纤维发光器件的封装方法 371
15.3.2 纤维锂离子电池的封装方法 374
15.4 总结 374
参考文献 374
第16章 智能织物 376
16.1 智能织物概述 376
16.2 光伏织物 378
16.2.1 染料敏化太阳能电池织物 378
16.2.2 聚合物太阳能电池织物 382
16.2.3 钙钛矿太阳能电池织物 385
