蘭州化物所柔性紙基集成器件研究取得進(jìn)展

　　柔性傳感器可穿戴或植入人體，并可檢測(cè)周圍環(huán)境信息，在醫(yī)療健康領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。然而，作為用電器件的傳感器自身并不能獨(dú)立工作，需要電源為其供電。平面型微型超級(jí)電容器（MSC）作為新型的微型電化學(xué)儲(chǔ)能器件易與傳感器或其它電子器件進(jìn)行有效集成。一般的方法是將傳感器與電源通過外接導(dǎo)線連接，但在柔性可穿戴技術(shù)中引起不便。如何將柔性和無線電源與傳感器集成到同一芯片，是當(dāng)前研究所面臨的挑戰(zhàn)。

　　紙質(zhì)材料成本低、可即用即棄，并具有多孔和粗糙的纖維結(jié)構(gòu)，可以增強(qiáng)其與電子器件的結(jié)合力。由于纖維素孔隙引起的毛細(xì)作用使通過印刷技術(shù)印刷的墨水材料在紙基表面擴(kuò)散，導(dǎo)致形成的圖案質(zhì)量較差。中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所清潔能源化學(xué)與材料實(shí)驗(yàn)室研究員閻興斌團(tuán)隊(duì)通過絲網(wǎng)印刷技術(shù)，在濾紙表面形成金屬Ni叉指化集流體，并結(jié)合后續(xù)的電鍍技術(shù)增強(qiáng)集流體的導(dǎo)電性，并抑制金屬Ni在紙基表面的擴(kuò)散，形成了分辨率較高的圖案化集流體。在Ni表面通過電化學(xué)沉積MnO2或者聚吡咯（PPy）活性材料，并滴凃凝膠電解質(zhì)，形成了基于MnO2的對(duì)稱性超級(jí)電容器，以及基于MnO2和PPy的非對(duì)稱超級(jí)電容器。經(jīng)過測(cè)試，表明該紙基超級(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1萬次后容量幾乎沒有衰退），其能量密度和功率密度皆位于同類型超級(jí)電容器的前列。

　　基于在紙面印刷的金屬集成電路，研究人員將MSC和紫外傳感器或氣體傳感器集成到同一單片紙上，集成器件顯示出良好的傳感特性和自供電特性。未來有望將能量采集、能量存儲(chǔ)和用電器件集成到同一紙基芯片。這種基于紙質(zhì)基底的集成策略為便攜式和可穿戴電子開拓了新的設(shè)計(jì)方法。

　　該研究在線發(fā)表在Advanced Functional Materials上，研究工作得到了國家自然科學(xué)基金和研究所“一三五”重點(diǎn)培育項(xiàng)目的資助和支持。

紙基自供電傳感器的集成示意圖與實(shí)物圖