稻米工程设计灵活且可堆叠的激光诱导的石墨烯超级电容器

水稻科学家用激光诱导的石墨烯显示垂直微型电路管

电子显微镜图像显示激光诱导的石墨烯的横截面燃烧到聚酰亚胺基板的两侧。在赖斯大学创建的柔性材料具有电子设备或储能的可能性。

赖斯大学的新研究详细说明了激光诱导的三维超级电容器的设计和测试石墨烯.

赖斯大学科学家通过生产和测试堆叠,三维超级电容器,能量存储装置来推动激光诱导的石墨烯(Lig)的最新发展,这对于便携式柔性电子产品很重要。

去年发现化学家詹姆斯巡回赛的稻米实验室发现,在廉价的聚合物下射击激光,烧掉其他元素并留下多孔石墨烯薄膜,致力于研究原子- 碳的晶格。研究人员认为多孔导电材料作为超级电容器或电子电路的完美电极。

为了证明它,旅游组的成员已经扩展了他们的作品,以在聚合物片的两侧用激光诱导的石墨烯进行垂直对齐的超级电容器。然后将这些部分与具有多个微型电路仪的多层夹层之间的固体电解质堆叠。

柔性叠层显示出优异的储能容量和电源电位,可以扩大用于商业应用。巡演说,Lig可以在环境温度下在环境温度下制造空气,也许是通过滚动过程。

具有激光诱导的石墨烯的垂直微型电路仪

本示意图显示了大米大学科学家开发的过程,使激光诱导的石墨烯制造垂直微型电路管。柔性器件显示在可穿戴和下一代电子设备中使用的可能性。

本周在应用材料和界面中报告了该研究

例如,电容器使用静电电荷来存储能量,以便快速释放到相机的闪光灯。与基于化学的可充电电池不同,电容器充电快速充电,并在触发时立即释放所有能量。但化学电池保持更多的能量。超级电容器结合了有用的品质 - 电容器的快速充电/放电和电池的高能量容量 - 进入一个包装。

LIG SuperCapacitors出现能够使用灵活性和可扩展性的额外优势来完成所有这些。灵活性确保它们可以容易地符合各种封装 - 它们可以在圆柱体内滚动,例如 - 没有放弃任何设备的性能。

“我们所做的就是与现在商业化的微型电路机相当的,但我们将设备放入3-D配置的能力使我们能够将很多人打入一个非常小的区域,”巡回赛说。“我们只是把它们堆叠起来。

“另一个关键是我们非常简单地这样做。没有关于这个过程需要一个洁净的房间。它在商业激光系统上完成,如日常机器商店,在露天中。“

表面和原子级缺陷中的涟漪,皱纹和亚10纳米孔赋予存储大量能量的能力。但是石墨烯保留其快速移动电子的能力,并赋予其超级电容器的快速充电和释放特性。在测试中,研究人员充电并排放了数千个周期,几乎没有电容损失。

为了展示他们的超级电容器为应用程序缩放,研究人员在串行和平行中有线了各种设备。正如所预期的,它们发现串行设备提供了双工作电压的双倍,而平方在相同电流密度下的放电时间加倍。

即使在8,000次弯曲周期之后,垂直超级电容器在弯曲时显而易见的电气性能变化。

巡回赛说,虽然薄膜锂离子电池能够储存更多能量,但相同尺寸的Lig超级电容器提供三倍的功率性能(能量流动的速度)。并且Lig设备可以容易地扩展到增加的容量。

“我们已经证明,这些是柔性电子产品的优良部件,即将嵌入服装和消费品中,”他说。

大米研究生Zhiwei Peng和以前的博士后研究员Jian Lin,现在是密苏里大学助理教授,是本文的联合主导作者。共同作者是ruquan ye和errol samuel的米饭研究生。旅游是T.T.和W.f.Chao Chemistr椅yabovip2021子以及材料科学教授和纳米工程教授以及计算机科学和理查德E. Smalley纳米级科学技术研究所的成员。

科学研究空军办公室及其多学科大学研究倡议(Muri)和海军研究办公室穆里支持该研究。

出版物:志伟鹏,等,“柔性且可堆叠激光诱导的石墨烯超级电容器”,ACS应用材料和界面,2015;DOI:10.1021 / am509065D

图片:礼貌的旅游组

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