根據(jù)平面型微型充電機(jī)充電超級(jí)電容器的芯片式紙基集成器材
2017-9-22 8:58:52??????點(diǎn)擊：
【導(dǎo)言】
平面型微型充電機(jī)充電超級(jí)電容器（MSC）作為一種新式的微型電化學(xué)儲(chǔ)能器材，與傳統(tǒng)的夾層式固態(tài)充電機(jī)充電超級(jí)電容器比較，其突出長(zhǎng)處是能夠容易地與傳感器及其它電子器材進(jìn)行有用的集成。而柔性傳感器因?yàn)槟鼙淮┐骰蛟S植入人體并能夠檢測(cè)周圍環(huán)境信息而在醫(yī)療健康范疇引起了廣泛的重視。但是，作為用電器材，傳感器本身并不能獨(dú)立作業(yè)，而需求電源為其進(jìn)行供電。一般的辦法是將傳感器與電源經(jīng)過(guò)外接導(dǎo)線連接，但這在柔性可穿戴技能中會(huì)引起極大的不方便。所以當(dāng)時(shí)的一項(xiàng)應(yīng)戰(zhàn)是如何將柔性電源與傳感器集成到同一芯片？研究者們?cè)谠摲懂犠隽嗽S多優(yōu)異的作業(yè)，但仍有許多難題等候人們?nèi)?yīng)戰(zhàn)。
【效果簡(jiǎn)介】
紙質(zhì)資料的成本低且是一種即用即棄資料，更為重要的是因?yàn)榧埦哂卸嗫缀痛植诘睦w維結(jié)構(gòu)從而能夠增強(qiáng)其與電子器材的結(jié)合力。遺憾的是，因?yàn)槔w維素孔隙引起的毛細(xì)效果使得經(jīng)過(guò)印刷技能印刷的墨水資料會(huì)在紙基外表分散，導(dǎo)致圖畫(huà)質(zhì)量差。研究者們?cè)谠摲懂犠隽嗽S多優(yōu)異的作業(yè)，但仍有許多難題等候人們?nèi)?yīng)戰(zhàn)。來(lái)自中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所清潔動(dòng)力化學(xué)與資料實(shí)驗(yàn)室的閻興斌研究員（通訊作者）等經(jīng)過(guò)絲網(wǎng)印刷技能在濾紙外表形成了金屬Ni叉指化集流體，并結(jié)合后續(xù)的電鍍技能增強(qiáng)了集流體的導(dǎo)電性，一同按捺了金屬Ni在紙基外表的分散，形成了分辨率較高的圖畫(huà)化集流體。在Ni外表經(jīng)過(guò)電化學(xué)堆積MnO2或許聚吡咯（PPy）活性資料，并滴凃凝膠電解質(zhì)，構(gòu)筑了根據(jù)MnO2的對(duì)稱性充電機(jī)充電超級(jí)電容器以及根據(jù)MnO2和PPy的非對(duì)稱充電機(jī)充電超級(jí)電容器。經(jīng)過(guò)測(cè)驗(yàn)其電化學(xué)功能和耐機(jī)械形變功能，顯現(xiàn)紙基充電機(jī)充電超級(jí)電容器具有較好的電化學(xué)特性和很強(qiáng)的耐機(jī)械形變特性（彎折1萬(wàn)次后容量幾乎沒(méi)有改變）。其能量密度和功率密度皆坐落同類型充電機(jī)充電超級(jí)電容器的前列。根據(jù)在紙面印刷的金屬集成電路，研究者們將MSCs和紫外傳感器或許氣體傳感器集成到了同一單片紙上，集成器材顯現(xiàn)了杰出的傳感特性和自供電特性。
【圖文導(dǎo)讀】
圖 紙基平面型對(duì)稱充電機(jī)充電超級(jí)電容器（SMCS）的制備
a) 紙基對(duì)稱充電機(jī)充電超級(jí)電容器的制備示意圖.
b) 紙外表經(jīng)過(guò)絲網(wǎng)印刷技能制備的金屬Ni集流體數(shù)碼相片
c) Ni/Paper 跟著曲折次數(shù)的電阻改變規(guī)則; 插圖展現(xiàn)了一次曲折循環(huán)過(guò)程中的電阻改變規(guī)則
d) Ni集流體外表經(jīng)電化學(xué)堆積MnO2后的數(shù)碼相片
e) 堆積MnO2后展現(xiàn)叉指電極的光學(xué)相片
f) 堆積MnO2后叉指極的低倍和高倍SEM相片
紙基對(duì)稱充電機(jī)充電超級(jí)電容器的電化學(xué)功能和耐機(jī)械形變功能
a) SMSC在不同掃速下的CV特性
b) SMSC在不同掃描速率下的面積比容量
c) SMSC在掃速為800 mV s?1 時(shí)的循環(huán)壽數(shù); 插圖為循環(huán) 1圈、100圈、30000圈和 60000圈后的CV曲線
d) SMSC 在不同曲折狀態(tài)下的數(shù)碼相片, r = ∞和θ = 0°、r = 8.2 mm和θ = 85°、r= 6.3 mm和θ = 103°、r = 4.4 mm和θ = 134°、r = 3.3 mm和θ = 160°、r = 2.7 mm和θ = 180°以及r = 0.2 mm和θ = 134°
e) SMSC在不同曲折狀態(tài)下的CV特性
f) SMSC持續(xù)地曲折10圈的過(guò)程中CV曲線的改變
g) SMSC曲折10000次的過(guò)程中充電機(jī)充電電容的改變狀況; 插圖展現(xiàn)了器材曲折1次、1000次、和5000次后的CV曲線
紙基非對(duì)稱充電機(jī)充電超級(jí)電容器（AMSC）的制備及其電化學(xué)功能
a) AMSC的制備示意圖
b) 在掃速為30 mV s?1時(shí)，MnO2/Ni/CP和PPy/Ni/CP電極的CV曲線
c) AMSC在不同掃速下的CV曲線
d) AMSC的面積容量跟著放電電流密度的改變狀況
e) 與其他文獻(xiàn)中報(bào)道過(guò)的充電機(jī)充電超級(jí)電容器的比較圖
f, g) 分別是AMSCs 并聯(lián)f)和串聯(lián)g)后的恒電流充放電曲線
AMSCs和UV傳感器在單一紙片上的集成
a) 電路集成示意圖
b) 用于UV傳感器的ZnO 納米線的SEM相片
c) 紙基集成器材展現(xiàn)柔性的數(shù)碼相片
d) 紙基集成器材貼于手背的數(shù)碼相片
e) 串聯(lián)AMSC的自放電曲線
f, g) UV傳感器分別被串聯(lián)的AMSC和外電源供給1.0 V電壓驅(qū)動(dòng)時(shí)的光電流與時(shí)刻呼應(yīng)曲線
可持續(xù)自供電的集成器材
a) AMSCs橋接太陽(yáng)能電池和氣體傳感器的示意圖
b) 用于氣體傳感器的PANI 納米棒的SEM相片
c) 利用太陽(yáng)能電池給串聯(lián)AMSC充電的充電曲線和串聯(lián)AMSC在電流密度為1 mA cm?2下的放電曲線
d) 當(dāng)替換充入NH3和HCl時(shí)集成器材中氣體傳感器的呼應(yīng)和康復(fù)曲線
【小結(jié)】
作者經(jīng)過(guò)將絲網(wǎng)印刷技能與電鍍技能相結(jié)合的辦法成功地將金屬Ni電路印刷到紙質(zhì)基底外表，一方面在不需求對(duì)紙進(jìn)行預(yù)處理的狀況下按捺了墨水的分散；另一方面保留了紙質(zhì)纖維素的的多孔結(jié)構(gòu)。這一制備戰(zhàn)略能夠極大地增強(qiáng)紙基底與器材之間的結(jié)合力。根據(jù)這一印刷的集成電路，成功地將供能器材MSC與傳感器集成到了紙基芯片上。未來(lái)能夠?qū)⒛芰渴占⒛芰看鎯?chǔ)和用電器材一同集成到紙基芯片。這種根據(jù)紙質(zhì)基底的集成戰(zhàn)略可為便攜式和可穿戴電子開(kāi)辟一種新式的規(guī)劃辦法。
平面型微型充電機(jī)充電超級(jí)電容器（MSC）作為一種新式的微型電化學(xué)儲(chǔ)能器材，與傳統(tǒng)的夾層式固態(tài)充電機(jī)充電超級(jí)電容器比較，其突出長(zhǎng)處是能夠容易地與傳感器及其它電子器材進(jìn)行有用的集成。而柔性傳感器因?yàn)槟鼙淮┐骰蛟S植入人體并能夠檢測(cè)周圍環(huán)境信息而在醫(yī)療健康范疇引起了廣泛的重視。但是，作為用電器材，傳感器本身并不能獨(dú)立作業(yè)，而需求電源為其進(jìn)行供電。一般的辦法是將傳感器與電源經(jīng)過(guò)外接導(dǎo)線連接，但這在柔性可穿戴技能中會(huì)引起極大的不方便。所以當(dāng)時(shí)的一項(xiàng)應(yīng)戰(zhàn)是如何將柔性電源與傳感器集成到同一芯片？研究者們?cè)谠摲懂犠隽嗽S多優(yōu)異的作業(yè)，但仍有許多難題等候人們?nèi)?yīng)戰(zhàn)。
【效果簡(jiǎn)介】
紙質(zhì)資料的成本低且是一種即用即棄資料，更為重要的是因?yàn)榧埦哂卸嗫缀痛植诘睦w維結(jié)構(gòu)從而能夠增強(qiáng)其與電子器材的結(jié)合力。遺憾的是，因?yàn)槔w維素孔隙引起的毛細(xì)效果使得經(jīng)過(guò)印刷技能印刷的墨水資料會(huì)在紙基外表分散，導(dǎo)致圖畫(huà)質(zhì)量差。研究者們?cè)谠摲懂犠隽嗽S多優(yōu)異的作業(yè)，但仍有許多難題等候人們?nèi)?yīng)戰(zhàn)。來(lái)自中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所清潔動(dòng)力化學(xué)與資料實(shí)驗(yàn)室的閻興斌研究員（通訊作者）等經(jīng)過(guò)絲網(wǎng)印刷技能在濾紙外表形成了金屬Ni叉指化集流體，并結(jié)合后續(xù)的電鍍技能增強(qiáng)了集流體的導(dǎo)電性，一同按捺了金屬Ni在紙基外表的分散，形成了分辨率較高的圖畫(huà)化集流體。在Ni外表經(jīng)過(guò)電化學(xué)堆積MnO2或許聚吡咯（PPy）活性資料，并滴凃凝膠電解質(zhì)，構(gòu)筑了根據(jù)MnO2的對(duì)稱性充電機(jī)充電超級(jí)電容器以及根據(jù)MnO2和PPy的非對(duì)稱充電機(jī)充電超級(jí)電容器。經(jīng)過(guò)測(cè)驗(yàn)其電化學(xué)功能和耐機(jī)械形變功能，顯現(xiàn)紙基充電機(jī)充電超級(jí)電容器具有較好的電化學(xué)特性和很強(qiáng)的耐機(jī)械形變特性（彎折1萬(wàn)次后容量幾乎沒(méi)有改變）。其能量密度和功率密度皆坐落同類型充電機(jī)充電超級(jí)電容器的前列。根據(jù)在紙面印刷的金屬集成電路，研究者們將MSCs和紫外傳感器或許氣體傳感器集成到了同一單片紙上，集成器材顯現(xiàn)了杰出的傳感特性和自供電特性。
【圖文導(dǎo)讀】
圖 紙基平面型對(duì)稱充電機(jī)充電超級(jí)電容器（SMCS）的制備
a) 紙基對(duì)稱充電機(jī)充電超級(jí)電容器的制備示意圖.
b) 紙外表經(jīng)過(guò)絲網(wǎng)印刷技能制備的金屬Ni集流體數(shù)碼相片
c) Ni/Paper 跟著曲折次數(shù)的電阻改變規(guī)則; 插圖展現(xiàn)了一次曲折循環(huán)過(guò)程中的電阻改變規(guī)則
d) Ni集流體外表經(jīng)電化學(xué)堆積MnO2后的數(shù)碼相片
e) 堆積MnO2后展現(xiàn)叉指電極的光學(xué)相片
f) 堆積MnO2后叉指極的低倍和高倍SEM相片
紙基對(duì)稱充電機(jī)充電超級(jí)電容器的電化學(xué)功能和耐機(jī)械形變功能
a) SMSC在不同掃速下的CV特性
b) SMSC在不同掃描速率下的面積比容量
c) SMSC在掃速為800 mV s?1 時(shí)的循環(huán)壽數(shù); 插圖為循環(huán) 1圈、100圈、30000圈和 60000圈后的CV曲線
d) SMSC 在不同曲折狀態(tài)下的數(shù)碼相片, r = ∞和θ = 0°、r = 8.2 mm和θ = 85°、r= 6.3 mm和θ = 103°、r = 4.4 mm和θ = 134°、r = 3.3 mm和θ = 160°、r = 2.7 mm和θ = 180°以及r = 0.2 mm和θ = 134°
e) SMSC在不同曲折狀態(tài)下的CV特性
f) SMSC持續(xù)地曲折10圈的過(guò)程中CV曲線的改變
g) SMSC曲折10000次的過(guò)程中充電機(jī)充電電容的改變狀況; 插圖展現(xiàn)了器材曲折1次、1000次、和5000次后的CV曲線
紙基非對(duì)稱充電機(jī)充電超級(jí)電容器（AMSC）的制備及其電化學(xué)功能
a) AMSC的制備示意圖
b) 在掃速為30 mV s?1時(shí)，MnO2/Ni/CP和PPy/Ni/CP電極的CV曲線
c) AMSC在不同掃速下的CV曲線
d) AMSC的面積容量跟著放電電流密度的改變狀況
e) 與其他文獻(xiàn)中報(bào)道過(guò)的充電機(jī)充電超級(jí)電容器的比較圖
f, g) 分別是AMSCs 并聯(lián)f)和串聯(lián)g)后的恒電流充放電曲線
AMSCs和UV傳感器在單一紙片上的集成
a) 電路集成示意圖
b) 用于UV傳感器的ZnO 納米線的SEM相片
c) 紙基集成器材展現(xiàn)柔性的數(shù)碼相片
d) 紙基集成器材貼于手背的數(shù)碼相片
e) 串聯(lián)AMSC的自放電曲線
f, g) UV傳感器分別被串聯(lián)的AMSC和外電源供給1.0 V電壓驅(qū)動(dòng)時(shí)的光電流與時(shí)刻呼應(yīng)曲線
可持續(xù)自供電的集成器材
a) AMSCs橋接太陽(yáng)能電池和氣體傳感器的示意圖
b) 用于氣體傳感器的PANI 納米棒的SEM相片
c) 利用太陽(yáng)能電池給串聯(lián)AMSC充電的充電曲線和串聯(lián)AMSC在電流密度為1 mA cm?2下的放電曲線
d) 當(dāng)替換充入NH3和HCl時(shí)集成器材中氣體傳感器的呼應(yīng)和康復(fù)曲線
【小結(jié)】
作者經(jīng)過(guò)將絲網(wǎng)印刷技能與電鍍技能相結(jié)合的辦法成功地將金屬Ni電路印刷到紙質(zhì)基底外表，一方面在不需求對(duì)紙進(jìn)行預(yù)處理的狀況下按捺了墨水的分散；另一方面保留了紙質(zhì)纖維素的的多孔結(jié)構(gòu)。這一制備戰(zhàn)略能夠極大地增強(qiáng)紙基底與器材之間的結(jié)合力。根據(jù)這一印刷的集成電路，成功地將供能器材MSC與傳感器集成到了紙基芯片上。未來(lái)能夠?qū)⒛芰渴占⒛芰看鎯?chǔ)和用電器材一同集成到紙基芯片。這種根據(jù)紙質(zhì)基底的集成戰(zhàn)略可為便攜式和可穿戴電子開(kāi)辟一種新式的規(guī)劃辦法。
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