紙基電子產品 製作最新柔性電容器設備

編譯/高晟鈞

智能手錶、健身手環和虛擬實境耳機等可穿戴設備正改變著我們的生活。這些設備主要由柔性電子設備提供動力,主要由塑料和金屬箔為基底的電極組成。然而,這兩種材料各自存在著一些缺點。塑料的附著力差、耐用性低,而金屬箔則柔韌性較差。

鑒於此,科學家認為紙可以作為一個相當具有潛力的替代材料。紙張多孔、輕、薄並且容易折疊;另外,紙張隨機分布的纖維特性,可以為活性電極材料提供更大的表面積,表現出更為優異的電化學性能。

智能手錶、健身手環和虛擬實境耳機等設備主要由柔性電子設備提供動力,主要由塑料和金屬箔為基底的電極組成。科學家認為紙可以作為一個相當具有潛力的替代材料。紙張多孔、輕、薄並且容易折疊。示意圖:RF123

研究人員開發了各種紙基電容器,透過紙張堆疊作為正負極和隔板來儲存電荷與能量。但這樣的結構不只增加了尺寸與電阻,它們往往會形成摺痕並滑動,會進一步降低設備性能。而這些問題,由來自中央大學的Suk Tai Chang和Inho Nam教授領導的研究團隊所解決。

該團隊開發出了一款垂直集成於一張紙中的多層電極,在保有紙張固有優勢的前提下,解決了紙張堆疊的相關問題。

Nam博士簡單描述了製造過程:「首先,在濾紙的兩面打印並加熱防水石蠟層,接著,將紙張依次浸入含有金奈米顆粒的溶液中,並通過毛細作用穿透紙張,在中間形成金電極;再來,在紙的上下表面製造類似的電極,並最終獲得一多層電極材料結構。

研究人員通過在金紙電極上沉積二氧化錳(一種活性電極材料),並浸入聚乙烯醇-硫酸鈉凝膠電解質溶液中;待凝膠凝固後,使用各種電化學測量技術對其進行測量。

他們發現,這種電容器設計具有低電阻、高摺疊性和良好的機械強度。二氧化錳增加了活性表面積更進一步優化了電化學性能。作者表示:「我們提出的平台規避了與二維晶片相關的製造困難,並有望幫助未來紙基電子產品的發展。」

資料來源:TechXplore

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