即使你并不完全算是一個(gè)電子專家，但任何曾經(jīng)涉足3D打印項(xiàng)目的人員都已注意到，電子器件正在以驚人的速度縮小。案例分析：Arduino平臺(tái)和樹莓派電腦正在變得越來越小，它們可以很容易地嵌入到任何手持設(shè)備中。然而，如何將這些小東西縮小放置到電池中，且不失去供電能力至今都非常復(fù)雜且存在限制，這也就解釋了為什么所有微芯片間諜設(shè)備和微觀醫(yī)療植入設(shè)備仍然沒有實(shí)現(xiàn)。
但當(dāng)我們目前說起這些，就意味著還有很大空間去克服這一僵局，看起來正是伊利諾伊大學(xué)香檳分校的科學(xué)家已經(jīng)完成的那樣。這些科學(xué)家已使用不尋常的3D打印技術(shù)創(chuàng)建出一種超級(jí)小型的電池，可用于為那些可用的微小芯片提供能源。他們的秘訣是？將3D全息光刻技術(shù)與2D光刻進(jìn)行結(jié)合，形成幾乎可比擬于在極小水平上光固化3D打印的單一制造技術(shù)。概括起來，全息光刻用于定義電池的3D結(jié)構(gòu)，隨后使用2D光刻技術(shù)來創(chuàng)建材料的連續(xù)層。結(jié)果是？形成3D電極形狀。
他們采用這種技術(shù)制造的鋰離子電池可以很容易地產(chǎn)生0.5mA的電流，或足以為一個(gè)LED燈提供電源。然而，它可以很容易地用于整個(gè)微電子和醫(yī)療行業(yè)，尤其是隨著錫體將有一個(gè)良好的預(yù)期壽命。伊利諾伊大學(xué)香檳分校材料科學(xué)和工程學(xué)院的教授保羅·布朗教授表示，“這種3D微電池具有優(yōu)異的性能和可擴(kuò)展性，我們認(rèn)為，它在許多應(yīng)用中將發(fā)揮重要作用。由于小型化儲(chǔ)能技術(shù)的不同，微尺寸設(shè)備通常利用片外供電。一個(gè)小型化的高能量和高功率片上電池將在以下應(yīng)用中獲得高期望值，如自主微尺寸致動(dòng)器、分布式無線傳感器和發(fā)射器、監(jiān)視器，以及便攜式和植入式醫(yī)療設(shè)備。”
此項(xiàng)研究成果將以“高性能片上3D鋰離子微電池全息結(jié)構(gòu)”的題目發(fā)表于美國國家科學(xué)院學(xué)報(bào)上。此文章第一作者寧海龍研究生解釋稱，實(shí)質(zhì)上，他們結(jié)合了各種制造專長(zhǎng)的不同概念來制造電池。他表示，“此項(xiàng)工作將制造、表征和建模領(lǐng)域的重要概念進(jìn)行合并，顯示出微電池的能量和功率與電極的結(jié)構(gòu)參數(shù)密切相關(guān)，如大小、形狀、表面積、孔隙率和扭曲。這種新方法的顯著優(yōu)勢(shì)是這些參數(shù)可以很容易地在光刻時(shí)被控制，這為設(shè)計(jì)下一代片上儲(chǔ)能設(shè)備提供了獨(dú)特的靈活性。”
他們創(chuàng)造的電池?fù)碛辛己枚x，且周期性的結(jié)構(gòu)化多孔電極，功能基本上類似于一個(gè)超級(jí)電容器，能對(duì)電池內(nèi)部的電子和離子進(jìn)行快速傳輸。參與此項(xiàng)目的約翰·羅杰斯教授表示，“盡管對(duì)干涉光束的精確控制需要構(gòu)建3D全息光刻，但近期進(jìn)展已顯著簡(jiǎn)化了所需的光學(xué)器件，實(shí)現(xiàn)了通過單個(gè)入射光束和標(biāo)準(zhǔn)光致抗蝕劑處理創(chuàng)建結(jié)構(gòu)。這使微制造具有高度可擴(kuò)展性和兼容性。”
人們對(duì)這些有趣的3D打印電池期望很高，正如在醫(yī)療行業(yè)中應(yīng)用一樣。不幸的是，我們不得不為可市場(chǎng)化的電池版本再等幾年，這種電池似可被納入到微乎其微的3D打印項(xiàng)目中。
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