英國格拉斯哥大學可彎曲電子與感知技術研究小組：電子皮膚和光電柔性超級電容，可實現快速充放電

英國格拉斯哥大學可彎曲電子與感知技術研究小組：電子皮膚和光電柔性超級電容，可實現快速充放電

據外媒報道，英國格拉斯哥大學（University of Glasgow）的一組工程師在討論，應如何利用石墨烯與聚氨酯層來制作一款柔性超級電容，可吸收并存儲能量，供后期使用。

工程師演示了新材料的效果，該款超級電容可為各類設備充電，包括：84個LED燈及假肢（prosthetic hand）內的高扭矩電機，其假肢在獲得電量后可抓取各類目標物。

英國格拉斯哥大學可彎曲電子與感知技術（Bendable Electronics and Sensing Technologies，BEST）研究小組正在研發自動功能電子皮膚及便攜式設備，該研究項目由Ravinder Dahiya牽頭。

最頂部的觸碰感知層由BEST研究小組的成員研發，其材質為石墨烯，這是一款柔韌性優越的透明“超級材料（'super-material'）”碳層，其厚度與一個原子厚度相當。日光在穿透頂部的觸碰感知層后會抵達柔性光電池（photovoltaic cells）層，從而產生電能。

此外，盈余電量將存儲于新研發的超級電容中，后者由石墨-聚氨酯復合物制作。該研究團隊致力于制定石墨與聚氨酯的理想配比，旨在提供相對較大的電活性表面積（electroactive surface area），該處將發生化學反應，產生電能。研究人員摯愛創建一款高能量密度（energy-dense）的柔性超級電容，可實現快速充放電。

早前研發的同類超級電容的電壓輸出在1 V左右，在很大程度上，該類單一的超級電容并不適用于為諸多電子設備提供電量。然而，該研究團隊的新款超級電容可輸出2.5 V的電壓，更適用于許多常見的應用。

在實驗室測試階段，該款超級電容已完成了近1.5萬次的充放電，其儲電容量的損耗并不大。

這一團隊已經開發出許多創新技術，包括太陽能發電的軟性“電子皮膚”，可用于打造義肢，以及可伸縮的健康傳感器，用于監測用戶汗水的pH值。

將硅納米線用于大面積電子產品的一大挑戰在于實現均勻的組件響應。較小尺寸的納米線也增加了與整合有關的難度，特別是在非傳統軟性基板上打造大型電子產品。這些問題都需要新的方法來合成具有均勻長寬比的半導體納米線，并以由其制成的電子層組合對準的納米線，從而在大面積上打造出具有均勻響應的組件。

在其研究論文中，研究人員介紹如何使用硅晶和氧化鋅來制造半導體納米線，并將其印刷在軟性基板上，用于開發電子組件和電路。在此過程中，他們發現這種方式能夠產生均勻的硅納米線——這些硅納米線均以相同的方向排列，而不是像類似的氧化鋅工藝一樣隨機的樹枝狀排列。

文中還描述了這種接觸式印刷方法，包括如何從對齊的納米線獲得這種電子層，以及使用整體納米線組合來開發組件。相較于基于單納米線的組件，統計上來看，納米線組合的尺寸變化更少得多，因此，基于多納米線的組件在大面積上較具有可接受的響應均勻度。

該研究團隊還進行了一連串的實驗，使用他們在實驗室中開發和制造的印刷組件，將導線印刷到軟性的表面上。經過一連串的實驗后，他們成功地找到壓力和速度的最佳組合，能夠有效地一次又一次地印刷納米線。

Dahiya教授補充說：“這篇論文象征著邁向新一代軟性和印刷電子產品的重要里程碑。為了讓未來的電子設備融合更多的靈活性于其設計中，業界需要更節能高效的電子組件，使其能更經濟實惠地在較大表面積上進行生產。”

“隨著這一發展，我們已經走了很長一段路才達到這樣的成果。”Dahiya說：“這種接觸式印刷系統讓我們能夠可靠地制造具有高可重復性的軟性電子組件，并朝著創造各種可彎曲、軟性且可扭曲的新設備邁出令人振奮的一步。”