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大連化物所開發出微型超級電容器-氣體傳感器平面化集成微系統

發布:opticseditor    |    2020-02-28 16:26    閱讀:282
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近日,中國科學院大連化學物理研究所二維材料與能源器件研究組研究員吳忠帥團隊與化學傳感器研究組研究員馮亮團隊合作,設計并可控制備出一種有序雙介孔聚吡咯/石墨烯納米片,以其作為雙功能活性材料構筑出高性能、柔性化的微型超級電容器-氣體傳感器平面化集成微系統。

便攜式、可穿戴、可植入電子器件的快速發展極大地刺激了現代社會對微型電化學儲能器件及其集成微系統的強烈需求。其中,微型超級電容器-氣體傳感器集成系統可以對有害氣體進行快速、實時、無線監測,實現對工業生產過程、環境污染物排放以及身體健康等的監控和管理。但是,目前報道的超級電容器-傳感器集成微系統存在活性材料功能單一、器件連接復雜的問題,嚴重影響了器件整體的性能。因此,亟待開發具有高電化學活性和氣體傳感性能的雙功能材料及其創新的微型超級電容器-傳感器集成微系統。

最近,該研究團隊發展了軟-硬模板相結合的方法,可控制備出一種雙功能的分級層次有序雙介孔聚吡咯/石墨烯納米片,并成功構筑出一類高性能微型超級電容器-氣體傳感器平面化集成微系統,實現了微型超級電容器和氣體傳感器這兩種器件在同一平面基底上高效一體化集成。這種新型二維納米片厚度均一(80 nm)、雙介孔分級層次有序(7 nm和18 nm)、比表面積高,同時結合了高贗電容、高NH3靈敏的聚吡咯和高導電的石墨烯的優勢,展現出高電化學性能(比容量為376 F/g)和高NH3響應(在10 ppm NH3下,響應值為42%)。同時,集成微系統中的微型超級電容器在充電100 s后,可有效驅動NH3傳感器的正常運行,并且展現出了較高的響應性和優異的機械柔性。該工作為新型二維介孔材料的設計與合成,以及便攜式、可穿戴的集成微系統的構筑提供了一定的科學依據。

相關成果發表在《先進功能材料》(Advanced Functional Materials)上。上述工作得到國家自然科學基金、國家重點研發計劃、大連化物所科研創新基金等的資助。


來源: 大連化學物理研究所

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