单电极材料将功能简化为一个小芯片

将许多功能组合到单个微芯片中的能力是完善微型自供电传感器的重大进步，这些传感器将扩展物联网。KAUST研究人员已成功将传感，能量收集，电流整流和储能功能整合到一个微芯片中。

“以前，研究人员不得不使用笨重的整流器，将间歇收集的电能转换为稳定的直流电，用于储存在电化学微电容器中，”KAUST的研究科学家，该研究的第一作者Mrinal K. Hota说。

Hota解释说，将所有内容集成到单个芯片中的关键是开发氧化钌(RuO2)作为连接微电路中所有器件的公共电极材料。该团队设想了广泛的应用，从直接从人体监测个人健康指示到环境和工业传感。

“我们的成就简化了器件制造，实现了自供电传感器器件的显着小型化，”项目负责人Husam Alshareef说。

将氧化钌触点放置在玻璃或硅衬底上，以将感测，能量收集和电流整流电子器件与一个或多个存储电能的电化学微电容器连接。这就产生一个微小的系统，该系统可以在没有任何操作的电池电量。相反，它使用可用的身体运动或机械振动作为可靠和持续的能量来源。

“与电池不同，电化学微电容器可以持续数十万次，而不仅仅是几千次，”Hota指出。它们还可以从给定体积提供显着更高的功率输出。

制作适合连接所有器件的电极材料的关键是制造具有可控粗糙度，缺陷和导电性的最佳二氧化钌表面。这些功能使团队能够将RuO2用于电子和电化学微电容器。

另一个重要的创新是使用凝胶，在施加后凝固成超级电容器的电解质。这是一种以离子形式传输电荷的材料。选择凝固的凝胶以避免对整流器和薄膜晶体管造成任何损坏。

研究人员现在计划进一步优化RuO2电极，并探索将许多不同类型的传感器连接到其芯片中。他们还想调查将无线通信添加到设备中。这将允许生物传感器和环境传感器远程发送数据到任何无线接收器，包括移动电话和个人计算机。