柔性芯片中石墨烯的应用

便携式电子设备的蓬勃发展要求电源体积足够小，且能够和其他电子组件一起集成到柔性芯片上。传统超级电容器由于装置配置和组装方式的限制，通常是沿着基板平面进行配置组装而不能在基板的垂直方向上构造，与平面结构的超级电容器相比，3D超级电容器可以将更多超级电容器装置组装在一块基板上，然而，在一个芯片中实现超级电容器的3D空间工程仍然是一个挑战。
 

石墨烯（图片来源网络）

近日，南开大学的牛志强课题组开发了金属选择性还原方法，以在一个氧化石墨烯(GO)膜中实现具有各种结构和互连的一体化的3D超级电容器，其中还原氧化石墨烯(rGO)结构用作电极以及导线，GO结构充当分离器。相关成果以“Controllable spatial engineering of flexible all-in-onegraphene-based supercapacitors with various architectures”为题发表在《EnergyStorage Materials》上。

在这种全碳集成超级电容器中，即使这些rGO电极不在平面表面，通过调整还原时间、Zn模版的尺寸和形状，也能够很好的控制rGO电极的尺寸、形状和电路的连接。从而在没有外部连接的情况下实现“或/和并联电路”系列超级电容器的空间连接。

GO薄膜中超级电容器的3D空间工程还可以降低整体芯片设计的复杂性，改进单位面积内多个超级电容器的集成。更重要的是，这些一体化超级电容器可以在不同的弯曲状态下保持其电化学特性。因此，该方法的普遍性和易用性有望实现设计基于石墨烯的高性能储能装置。