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美開發(fā)納米設備充電裝置 可為微電子產品供電

發(fā)布時間:2011-08-12

新聞事件:
  • 美開發(fā)納米設備充電裝置
事件影響:
  • 該裝置為將來的微型電子產品提供電源
  • 這些納米線還能排成陣列提高供電能力

據美國物理學家組織網近日報道,美國萊斯大學在儲能設備微型化研究方面取得新進展,開發(fā)出兩款微型的充電裝置,一種是薄膜式超級電容器,另一種是可充放電的納米線,有望為將來的微型電子產品和納米設備提供電源。這兩項研究分別發(fā)表在近期《自然-納米技術》網站和《納米快報》上。

“雖然我們還很難推測這些供電器能給什么樣的設備供電,隨著納米電子設備的發(fā)展,要求使用越來越小的電源,比如一些MEMS(微型機電系統(tǒng))。中等設備有時也需要這些材料來供電,這種小型充電裝置很有前景。”萊斯大學樸利克-阿加延說。

“很多人多年來一直在研究氧化石墨(GO),我們發(fā)現(xiàn)了氧化石墨能形成離子傳導膜這一根本機制,而這在我們的薄膜電容器中非常關鍵。”阿加延解釋說,當氧化石墨與水結合時能形成一種離子導體,容納離子并作為一種固態(tài)的電解質和電絕緣層。氧化石墨能像海綿一樣吸水,可容納自身重量16%的水。“由此我們能把一薄層氧化石墨變成超級電容而無需添加任何東西,所要做的只是給電池制作圖案和添加電極,而且這種裝置還能用于外加電解液。”

激光產生的熱量能將氧化石墨表面的氧吸出,使其變成可導電的還原氧化石墨(RGO),因此通過激光刻寫技術,能把一薄層還原氧化石墨覆蓋在氧化石墨上,并用絕緣的氧化石墨把導電的還原氧化石墨隔開,將其變成獨立式超級電容器,能循環(huán)充放電數(shù)千次。經測試,這種薄膜電容展現(xiàn)了良好的電化性能,且不會產生化學副產物。

而可充放電的納米線是一種混合型的電化裝置,陽極是鎳—錫(Ni-Sn),陰極是聚苯胺(PANI),結合了高能電池和超級電容器的優(yōu)點。“它把陽極、陰極和電解質等關鍵組件都整合在一根納米線上,這種充電設備代表了微型化的終極形式。”阿加延說,“隨著納米技術和制造技術的進步,各種功能性納米線將成為未來納米技術應用領域的基本建材。”

這些納米線還能排成陣列提高供電能力。研究人員制作了一種模板,模板上有許多直徑約200納米的小孔,并給這些孔鍍上一層銅膜;然后把鎳—錫陽極嵌進去一半深度,再用化學方法將小孔擴大,給鎳—錫涂上一薄層氧化聚乙烯(PEO)作為隔離層;最后用滲濾工藝將聚苯胺陰極接入小孔另一半。納米線只有幾微米長,整個設備加起來不過0.5平方厘米大小。多個這種裝置還可以并聯(lián),經過反復充放電測試,證明其性能良好,是一種很有前景的納米電源設備。

研究人員還指出,在一根納米線上制造功能完備的供電設備,有助于研究納米尺度下的電化作用,提高電池性能,最終開發(fā)出的單根納米線電池將能給一些納米線半導體設備供電。
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