柔性芯片中石墨烯的應用

便攜式電子設備的蓬勃發(fā)展要求電源體積足夠小，且能夠和其他電子組件一起集成到柔性芯片上。傳統(tǒng)超級電容器由于裝置配置和組裝方式的限制，通常是沿著基板平面進行配置組裝而不能在基板的垂直方向上構造，與平面結構的超級電容器相比，3D超級電容器可以將更多超級電容器裝置組裝在一塊基板上，然而，在一個芯片中實現(xiàn)超級電容器的3D空間工程仍然是一個挑戰(zhàn)。

近日，南開大學的牛志強課題組開發(fā)了金屬選擇性還原方法，以在一個氧化石墨烯(GO)膜中實現(xiàn)具有各種結構和互連的一體化的3D超級電容器，其中還原氧化石墨烯(rGO)結構用作電極以及導線，GO結構充當分離器。相關成果以“Controllable spatial engineering of flexible all-in-onegraphene-based supercapacitors with various architectures”為題發(fā)表在《EnergyStorage Materials》上。

在這種全碳集成超級電容器中，即使這些rGO電極不在平面表面，通過調整還原時間、Zn模版的尺寸和形狀，也能夠很好的控制rGO電極的尺寸、形狀和電路的連接。從而在沒有外部連接的情況下實現(xiàn)“或/和并聯(lián)電路”系列超級電容器的空間連接。

GO薄膜中超級電容器的3D空間工程還可以降低整體芯片設計的復雜性，改進單位面積內多個超級電容器的集成。更重要的是，這些一體化超級電容器可以在不同的彎曲狀態(tài)下保持其電化學特性。因此，該方法的普遍性和易用性有望實現(xiàn)設計基于石墨烯的高性能儲能裝置。