炼金术：沉积在铁锈上的微型超级电容器
虽然听起来像是炼金术，但D'Arcy Lab结合了多种技术，可以设计出防锈的尖端微型超级电容器。
想象一下，一个电池可以快速充电，在数千个充电循环中保持其容量，并可以在高达140华氏度的温度下高效运行。这是一个超级电容器。
化学系助理教授Julio M. D'Arcy和华盛顿大学材料科学与工程学院的合作者开发了工程微型超级电容器的新方法，将传统的微型制造技术与先进的聚合技术结合在一起。该团队的微型超级电容器具有出色的电导率和能量密度，在所有导电聚合物基微型超级电容器中均能获得最高的此类值。结果发表在《 Advanced Functional Materials》上。
这项研究的特色是《Advanced Functional Materials》的内封底 。突出了D'Arcy Lab方法产生的金属氧化物薄膜和纳米纤维地毯。
尽管电池的能量密度比电容器高（电池可以提供比电容器更长的电力），但是电容器的功率密度却很高，这意味着它们可以非常快速地传递能量。超级电容器经过专门设计，可以比常规电容器存储更多的能量，因此非常适合传感器，RFID标签和微型机器人等应用，这些应用都需要高性能的小型化能量存储。
对于微型超级电容器的研究，D'Arcy的团队将洁净室技术与通风柜技术相结合。
D'Arcy说："通常，您在无尘室中所做的是处理最终在计算机中使用的材料，例如半导体。"他指出，严格控制无尘室环境以消除空气中的灰尘和其他杂质。"在校园的洁净室中，材料科学与工程学院，他们有很多非常酷的仪器，包括一种可以让您在表面上沉积薄层材料的仪器。" 使用该仪器，我们沉积了厚度达20纳米的Fe 2 O 3膜（非常薄的金属氧化物膜），这是我们无法用其他任何方式完成的。"
如果Fe 2 O 3听起来很熟悉，它应该-生锈了。对于D'Arcy和他的团队而言，这种通用材料是化学合成的理想且廉价的起点。
"一旦生锈，它就会变得非常稳定和惰性。它可以毫无问题地暴露在大气中，因此我们可以走出洁净室，回到化学实验室，进入通风橱，在通风橱中我们将金属氧化物层用作化学合成中的反应物。"
事实证明，将锈蚀转换成基于导电聚合物的最新型微型超级电容器非常简单。
"去除表面锈蚀的最简单方法是添加一点酸。那就是您在五金店得到的除锈剂。我们的转化方式相同-我们添加酸并通过释放铁原子来改变氧化铁。铁原子成为我们聚合物蒸气的反应物。" 该过程称为防锈气相聚合。
"我们发现的过程令人兴奋的是，我们化学反应的结果是独一无二的。这是一个自组装过程，" D'Arcy继续说道。"我们正在制造一种聚合物的纳米结构，基本上是一种纳米聚合物刷的薄膜或地毯。柔软，半导电的有机材料会沉积在生锈的地方。这种转换-从我们在洁净室中沉积的薄膜到纳米纤维材料-是直接转换。没有这种规模的模板，本领域中没有人能够制造纳米结构。我们直接这样做；我们已经开发出一种可以自我组装的综合工具。"
D'Arcy赞扬IMSE和D'Arcy Lab研究生的第一作者 刁怡凡，提出了将缩微胶卷沉积在洁净室中的想法。D'Arcy指出："当我们变得非常小（这是洁净室技术允许我们做的事情时，我们发现一切都会变得更好。控制较小电极上的化学性质要容易得多，而且我想说在这种情况下的结果非常好。事实证明，在许多情况下，微观规模的工作是一种理想的解决方案。"
Diao（带证书）和D'Arcy团队的其他成员参加了2019年秋季LEAP比赛。
该项目于2019年秋季从领导力和企业家加速计划（LEAP）获得了50,000美元的资金。该奖项支持将这种微型超级电容器制造方法发展为商业技术。该团队已经拥有涉及此工作和相关技术的多个未决专利申请。该团队预计未来将在微型设备中应用，从生物医学传感器到可穿戴设备，其中需要经济高效的替代电池。
与其他储能设备相比，D'Arcy还强调制造方法的简便性，并指出合成是在一个步骤中完成的，因为它是一个自组装过程。"我们发现了一个可以进行自我组装然后观察自然发生的地方。我们没有一个综合步骤，而是只有一个。高电导率，能量密度和纳米纤维结构是控制蒸气与薄膜之间相互作用的结果，因此它们可以按照我们的意愿组合在一起。在这种情况下，它是无缝的。"
展望未来，该团队将继续努力提高能量密度，以使微型超级电容器与电池更具竞争力，同时保持高电导率和电化学稳定性。
原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202003394