單電極材料將功能簡化為一個小芯片

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

“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Mrinal K. Hota說。

Hota解釋說，將所有內(nèi)容集成到單個芯片中的關(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。該團隊設(shè)想了廣泛的應(yīng)用，從直接從人體監(jiān)測個人健康指示到環(huán)境和工業(yè)傳感。

“我們的成就簡化了器件制造，實現(xiàn)了自供電傳感器器件的顯著小型化，”項目負責(zé)人Husam Alshareef說。

將氧化釕觸點放置在玻璃或硅襯底上，以將感測，能量收集和電流整流電子器件與一個或多個存儲電能的電化學(xué)微電容器連接。這就產(chǎn)生一個微小的系統(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動或機械振動作為可靠和持續(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。這些功能使團隊能夠?qū)uO2用于電子和電化學(xué)微電容器。

另一個重要的創(chuàng)新是使用凝膠，在施加后凝固成超級電容器的電解質(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整流器和薄膜晶體管造成任何損壞。

研究人員現(xiàn)在計劃進一步優(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)境傳感器遠程發(fā)送數(shù)據(jù)到任何無線接收器，包括移動電話和個人計算機。