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美國科學(xué)3D打印微電池可直接植入微芯片

時間:2015-05-17 11:26 來源:未知 作者:中國3D打印網(wǎng) 閱讀:

    我們生活在一個日益縮小的世界里——每一年,微芯片的尺寸變得越來越小,但是他們的功能卻不斷提升但是在一個關(guān)鍵的領(lǐng)域,研究人員們一直在試圖創(chuàng)新,卻沒有獲得太大的進展,那就是電池的生產(chǎn)。電池的尺寸減小速度始終沒有跟上其它電子裝置,從而成為拖累電子產(chǎn)品設(shè)計的一個限制條件。

  如今這一切即將改變,美國伊利諾伊大學(xué)Urbana-Champaign分校的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種3D打印鋰離子微型電池的方法,這種微型電池是如此之小,以至于可以直接放置在微芯片里

研究人們將3D全息光刻(3D holographic lithography)技術(shù)與更為常規(guī)的2D光刻(一種與常見的印刷電路板相似的技術(shù))結(jié)合起來制造出介孔結(jié)構(gòu)電極。所有這些研究的細節(jié)已經(jīng)被 發(fā)表在一片題為《高性能芯片內(nèi)3D鋰離子微電池的全息結(jié)構(gòu)(Holographic Patterning of High Performance on-chip 3D Lithium-ion Microbatteries)》的論文中,這篇論文被收錄于美國國家科學(xué)院的論文集。

“由于3D電極的復(fù)雜性,這樣的電池很難實現(xiàn),更不要說將其縮小并集成在芯片上了。該論文的第一作者、MatSE研究生Hailong Ning說,“在這個項目中,我們開發(fā)了一種有效的方法來制造高性能的3D鋰離子微電池,而且使用的工藝與現(xiàn)有的微電子制造高度兼容。我們利用3D全息光刻確定電極的內(nèi)部結(jié)構(gòu),并用2D光刻創(chuàng)建出所期望的電極形狀。這項工作融匯了制造界定和建模的重要概念展示出微電池的能量和功率與電極的大小、形狀表面積、孔隙率和彎曲度等結(jié)構(gòu)參數(shù)的相關(guān)性。

    對于傳統(tǒng)的微型裝置來說,由于能量存儲裝置的小型化極端困難,只能在芯片外為其供電因此,研究人員們的這一發(fā)現(xiàn)將對眾多微電子應(yīng)用微型無線傳感器、便攜式和可植入醫(yī)療裝置、基于自主微機電系統(tǒng)(MEMS)的執(zhí)行裝置和分布式顯示器等將起到巨大的推動作用。

    該制造工藝,如上文所述,主要使用3D全息光刻和傳統(tǒng)的光刻法來創(chuàng)建出電池的模板,然后通過一種電沉積工藝層積活性材料薄層生成3D集電體從而可以提供卓越的能量密度和大量的潛在應(yīng)用。據(jù)了解,這些電池具有非常大的可擴展性,并與MEMSCMOS工藝高度兼容。

為了證明他們的研究成果,研究人員將一塊這樣的微電池鏈接到了LED。這塊微電池的體積只有0.04立方毫米,容量僅為0.83μAh,但它很容易地就能為LED供電200次,對于如此之小的電池相當(dāng)讓人印象深刻。

(責(zé)任編輯:admin)

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