纤维型固态超级电容器可以为下一代可穿戴和柔性电子产品提供稳定的电源。通常情况下，高电荷存储和卓越的机械性能可以被整合到一根纤维中，以实现纤维型固态超级电容器。发表在《科学进展》上的一份新报告中，You Wan Na、Jae Yeong Cheon和Jae Ho Kim以及韩国先进纳米复合材料研究的科学家团队设计了一种 "宝石项链 "般的混合复合纤维，由双壁碳纳米管纱线和金属有机框架（MOFs）组成。

该团队对MOFs进行了热处理，并将其转化为MOF衍生的碳，以最大限度地提高能量储存能力，同时保留其机械性能。具有可调控特性和机械坚固性的混合纤维在各种机械变形条件下发挥作用，使所产生的超强纤维在悬挂10公斤的重量时提供足够的功率来激活发光二极管。

具有下一代储能功能的柔性电子产品

目前存在着开发下一代便携式和柔性电子器件的巨大需求，包括卷帘显示器和可穿戴设备，这些设备具有轻质、柔性的能量存储，以维持高功率和能量密度。纤维型固态超级电容器由于其易于处理和变形，对于实现下一代能源存储非常重要。

研究人员已经探索了一些方法，包括用多孔材料扩大电荷存储点，通过高导电性进行电荷传输，同时通过加固进行纤维强化，用坚固的材料形成一个纤维型平台。这些发展只表明性能的适度改善，开发集成纤维仍然是储存大量电荷的重要目标。该材料又必须表现出高导电性和卓越的机械性能，以形成下一代的电子产品。

在这项工作中，Wan Na等人在碳纳米管纱线和金属有机框架之间的异质混合复合材料的基础上，开发了一种具有电荷存储点的 "一体化 "纤维，以保持高比表面积和优越的机械性能，并具有良好的导电性。

实验

在实验过程中，水热反应使笨重的金属有机框架（MOFs）在双壁碳纳米管线（DWNTY）的表面生长。利用热处理热解，该团队接下来将金属有机框架（MOFs）转化为MOF衍生的碳（MDCs），而不影响双壁碳纳米管产品的电气和机械性能。混合纤维保持了可控的厚度、可调控的性能和MOF衍生的碳负载，在190.94 mW cm-3的功率密度下，显示出7.54 mWh cm-3的高能量密度，具有高变形能力，即使在10公斤的重量负荷下，也能提供足够的功率来打开发光二极管（LED）的灯泡。

该团队通过直接纺丝DWNTs开发了混合复合材料，并将它们组合成一根厚度为几十微米的纤维。该装置的结构设计引导高度多孔的碳的外部暴露，以作为一个具有卓越的机械和导电性能的高能量存储系统。

装饰双壁碳纳米管纱线（DWNTY）的外表面

Wan Na等人在基于浮动催化剂的合成过程中，通过直接纺制纳米管纱线来制造混合复合材料，生产了DWNTY（双壁碳纳米管纱线）。他们将生产出来的构件浸泡在丙酮中，以增加密度和加强产品。

从光学显微镜、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）的图像中可以看出，直径为15微米的DWNTY包含数千个直径为5纳米的单个DWNTs。然后，科学家们使用拉曼光谱和热重分析来确认产品的高结晶度和纯度以及高水平的整合。由此产生的混合纤维形成了下一代基于纤维的能源储存系统的基本组成部分。然后，研究小组将混合纤维直接碳化到900摄氏度，以提供卓越的导电性和微孔性。这种多用途的方法允许控制DWNTY的厚度，并在DWNTY表面调节MOFs的密度。

调节混合复合材料的界面以获得高变形性

为了促进更强的界面结合，Wan Na等人在DWNTY的表面引入了官能团，并改变了用于MOF合成的配体以诱导更多的分子间相互作用。利用X射线光发射光谱和傅里叶变换红外光谱，该团队通过使用对氨基苯甲酸的重氮化将羧基引入到纳米管纱的表面，同时保持构造物（他们将其标记为mDWNTY）的原始属性。

利用X射线衍射图，Wan Na等人确认了纱线表面的功能化而不改变其石墨结构。然后他们用含有胺基的配体（标记为IRMOF-3）取代了有机配体，以诱导与新引入到双壁碳纳米管纱线表面的羧基的额外相互作用。研究小组对界面改性对材料（纱线和金属有机框架）之间的界面强度的影响进行了建模，以显示界面改性的有效性。

展望-提高混合复合材料-全固态超级电容器的储能能力和储能性能

该团队假设通过开发带有多孔材料的加厚纤维来提高设备的存储性能。并通过结合100根纤维来增厚结构，然后在前驱体溶液的存在下在上面生长含有胺基的配体来实现这一目标。然后，该团队将胺基碳化，形成可以承受各种变形的纱线，以设计纤维和纺织品超级电容器。

在拉伸试验中，他们注意到保存的结构，甚至在500次反复弯曲后，仍有无可争议的电通路网络，以显示混合复合纤维的优越性。进一步的结果验证了全固态超级电容器的可行功能。进一步的特征研究强调了超级电容器的电容，以确认全固态超级电容器在各种变形条件下的机械坚固性。即使经过反复弯曲，该产品在500次循环后显示出88%的电容保持率，以验证其卓越的灵活性。储能性能在各种弯曲角度下保持不变，以显示纤维加工技术的超级电容器的机械可靠性。这样，You Wan Na及其同事展示了一类由DWNTY包覆MOF珠子制成的新型珠宝项链状混合纤维，作为一体式纤维型全固态超级电容器。

该研究建立了一种直接的策略，在混合复合纤维上赋予机械稳健性，以实现储能的可靠性，形成高性能的纤维型超级电容器。