據(jù)美國物理學家組織網(wǎng)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(chǎn)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(shù)》網(wǎng)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(guān)鍵。”阿加延解釋說，當氧化石墨與水結(jié)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(zhì)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(chǎn)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(shù)，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(jīng)測試，這種薄膜電容展現(xiàn)了良好的電化性能，且不會產(chǎn)生化學副產(chǎn)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(jié)合了高能電池和超級電容器的優(yōu)點?！八殃枠O、陰極和電解質(zhì)等關(guān)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(shù)和制造技術(shù)的進步，各種功能性納米線將成為未來納米技術(shù)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(jīng)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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