單電極材料將功能簡(jiǎn)化為一個(gè)小芯片

將許多功能組合到單個(gè)微芯片中的能力是完善微型自供電傳感器的重大進(jìn)步，這些傳感器將擴(kuò)展物聯(lián)網(wǎng)。KAUST研究人員已成功將傳感，能量收集，電流整流和儲(chǔ)能功能整合到一個(gè)微芯片中。

“以前，研究人員不得不使用笨重的整流器，將間歇收集的電能轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流電，用于儲(chǔ)存在電化學(xué)微電容器中，”KAUST的研究科學(xué)家，該研究的第一作者M(jìn)rinal K. Hota說。

Hota解釋說，將所有內(nèi)容集成到單個(gè)芯片中的關(guān)鍵是開發(fā)氧化釕(RuO2)作為連接微電路中所有器件的公共電極材料。該團(tuán)隊(duì)設(shè)想了廣泛的應(yīng)用，從直接從人體監(jiān)測(cè)個(gè)人健康指示到環(huán)境和工業(yè)傳感。

“我們的成就簡(jiǎn)化了器件制造，實(shí)現(xiàn)了自供電傳感器器件的顯著小型化，”項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Husam Alshareef說。

將氧化釕觸點(diǎn)放置在玻璃或硅襯底上，以將感測(cè)，能量收集和電流整流電子器件與一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)電能的電化學(xué)微電容器連接。這就產(chǎn)生一個(gè)微小的系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以在沒有任何操作的電池電量。相反，它使用可用的身體運(yùn)動(dòng)或機(jī)械振動(dòng)作為可靠和持續(xù)的能量來源。

“與電池不同，電化學(xué)微電容器可以持續(xù)數(shù)十萬次，而不僅僅是幾千次，”Hota指出。它們還可以從給定體積提供顯著更高的功率輸出。

制作適合連接所有器件的電極材料的關(guān)鍵是制造具有可控粗糙度，缺陷和導(dǎo)電性的最佳二氧化釕表面。這些功能使團(tuán)隊(duì)能夠?qū)uO2用于電子和電化學(xué)微電容器。

另一個(gè)重要的創(chuàng)新是使用凝膠，在施加后凝固成超級(jí)電容器的電解質(zhì)。這是一種以離子形式傳輸電荷的材料。選擇凝固的凝膠以避免對(duì)整流器和薄膜晶體管造成任何損壞。

研究人員現(xiàn)在計(jì)劃進(jìn)一步優(yōu)化RuO2電極，并探索將許多不同類型的傳感器連接到其芯片中。他們還想調(diào)查將無線通信添加到設(shè)備中。這將允許生物傳感器和環(huán)境傳感器遠(yuǎn)程發(fā)送數(shù)據(jù)到任何無線接收器，包括移動(dòng)電話和個(gè)人計(jì)算機(jī)。