基于石墨烯的微型超级电容器的激光光子还原冲压超快制造

对安全和自我可持续能源的日益增长的需求导致超级电容器发挥越来越重要的作用，因为它们具有超快充放电率和几乎无限的寿命。向缩小尺寸和可穿戴电子产品的推动是一个挑战，因为这些设备需要柔性微型超级电容器(MSCs)。MSCs是超薄和可转移的，适合于小型化储能系统，并提供超高功率密度。

       虽然在制备石墨烯基超级电容器方面已经取得了巨大的进展，但目前的方法（如电泳沉积技术、光刻技术、印刷工艺、化学气相沉积和其他化学方法效率低下，而且往往需要高温处理步骤、掩模和收集器或多台阶化学合成，限制了其广泛应用的潜力。此外，制造精度不能满足当前的需要。因此，开发一步、简单、高分辨率和高效率的方法仍然是制造MSCs的技术关键目标。其他小组提出了激光书写方法来制备石墨烯基MSCs。一些方法涉及使用贝塞尔光束或多点激光直接写入，以实现高效率。虽然与传统方法相比，制造效率更高，但仍远远不能满足大规模快速生产和工业化的要求。

        此外，普通MSCs的能量密度低于微电池。在过去的十年中，石墨烯以其独特的二维结构，大的理论比表面积，优异的导电性和高的机械柔韧性而引起了人们的广泛关注。然而，与赝电容材料相比，纯石墨烯受到较低电容的限制。因此，可以将二氧化锰(MnO2)、铁氧化物(Fe3O4)和锡氧化物(SnO2)等赝电容材料引入石墨烯基，以提高比电容。

        近日，来自北京理工大学机械工程学院的Yongjiu Yuan等人提出了一种超快、一步、高分辨率、大规模的空间形状飞秒激光(SSFL)方法，用于激光诱导石墨烯(LIG)/MnO2柔性MSCs的图案化。这种SSFL技术不同于以前报道的方法，它可以不需要任何其他方法的配合或激光直接写入的辅助，直接独立批量完成电子器件的处理。相关工作发表在《Nature photonics》上。（郑江坡）

文章链接：https://doi.org/10.1038/s41467-020-19985-2