英国格拉斯哥大学可弯曲电子与感知技术研究小组：电子皮肤和光电柔性超级电容，可实现快速充放电

英国格拉斯哥大学可弯曲电子与感知技术研究小组：电子皮肤和光电柔性超级电容，可实现快速充放电

据外媒报道，英国格拉斯哥大学（University of Glasgow）的一组工程师在讨论，应如何利用石墨烯与聚氨酯层来制作一款柔性超级电容，可吸收并存储能量，供后期使用。

工程师演示了新材料的效果，该款超级电容可为各类设备充电，包括：84个LED灯及假肢（prosthetic hand）内的高扭矩电机，其假肢在获得电量后可抓取各类目标物。

英国格拉斯哥大学可弯曲电子与感知技术（Bendable Electronics and Sensing Technologies，BEST）研究小组正在研发自动功能电子皮肤及便携式设备，该研究项目由Ravinder Dahiya牵头。

最顶部的触碰感知层由BEST研究小组的成员研发，其材质为石墨烯，这是一款柔韧性优越的透明“超级材料（'super-material'）”碳层，其厚度与一个原子厚度相当。日光在穿透顶部的触碰感知层后会抵达柔性光电池（photovoltaic cells）层，从而产生电能。

此外，盈余电量将存储于新研发的超级电容中，后者由石墨-聚氨酯复合物制作。该研究团队致力于制定石墨与聚氨酯的理想配比，旨在提供相对较大的电活性表面积（electroactive surface area），该处将发生化学反应，产生电能。研究人员挚爱创建一款高能量密度（energy-dense）的柔性超级电容，可实现快速充放电。

早前研发的同类超级电容的电压输出在1 V左右，在很大程度上，该类单一的超级电容并不适用于为诸多电子设备提供电量。然而，该研究团队的新款超级电容可输出2.5 V的电压，更适用于许多常见的应用。

在实验室测试阶段，该款超级电容已完成了近1.5万次的充放电，其储电容量的损耗并不大。

这一团队已经开发出许多创新技术，包括太阳能发电的软性“电子皮肤”，可用于打造义肢，以及可伸缩的健康传感器，用于监测用户汗水的pH值。

将硅纳米线用于大面积电子产品的一大挑战在于实现均匀的组件响应。较小尺寸的纳米线也增加了与整合有关的难度，特别是在非传统软性基板上打造大型电子产品。这些问题都需要新的方法来合成具有均匀长宽比的半导体纳米线，并以由其制成的电子层组合对准的纳米线，从而在大面积上打造出具有均匀响应的组件。

在其研究论文中，研究人员介绍如何使用硅晶和氧化锌来制造半导体纳米线，并将其印刷在软性基板上，用于开发电子组件和电路。在此过程中，他们发现这种方式能够产生均匀的硅纳米线——这些硅纳米线均以相同的方向排列，而不是像类似的氧化锌工艺一样随机的树枝状排列。

文中还描述了这种接触式印刷方法，包括如何从对齐的纳米线获得这种电子层，以及使用整体纳米线组合来开发组件。相较于基于单纳米线的组件，统计上来看，纳米线组合的尺寸变化更少得多，因此，基于多纳米线的组件在大面积上较具有可接受的响应均匀度。

该研究团队还进行了一连串的实验，使用他们在实验室中开发和制造的印刷组件，将导线印刷到软性的表面上。经过一连串的实验后，他们成功地找到压力和速度的最佳组合，能够有效地一次又一次地印刷纳米线。

Dahiya教授补充说：“这篇论文象征着迈向新一代软性和印刷电子产品的重要里程碑。为了让未来的电子设备融合更多的灵活性于其设计中，业界需要更节能高效的电子组件，使其能更经济实惠地在较大表面积上进行生产。”

“随着这一发展，我们已经走了很长一段路才达到这样的成果。”Dahiya说：“这种接触式印刷系统让我们能够可靠地制造具有高可重复性的软性电子组件，并朝着创造各种可弯曲、软性且可扭曲的新设备迈出令人振奋的一步。”