助推瞬态电子领域新突破，基于天然离子液体全印刷绿色微型超级电容器学术资讯

近年来，瞬态电子学作为一门设计和制造能够在生理环境介质中溶解或生物降解装置的新兴技术，具有增强的治疗和诊断性能，渐渐成为构成生物可吸收医疗植入物创新解决方案的基本杠杆。基于可生物降解组件的环保电池和超级电容器（SCs）可以作为绿色储能设备发挥关键作用，以实现离线操作。相比其它的绿色储能设备，SCs功率更高、复杂性更低，成为可穿戴设备和微型环境传感器中能量存储的理想选择。为了在实际应用中实现有效的可持续性，只能使用天然的和可生物降解的原材料。近些年，纤维素和生物塑料如聚(3-羟基丁酸酯)已被提议作为SCs的固体聚合物基质，然而电极和电解质的生物降解性和生物相容性问题仍然存在。使用水基电解质似乎是生物降解性的合适选择，但它的工作电位通常限制在1V以下。

同时，与非常规衬底(聚合物和纺织品)兼容的制造工艺对于器件尺寸也非常重要:它们应该环保、无有机溶剂，并且适合不同几何形状的微图案化。作为传统印刷技术的一种替代方法，超声束沉积(SCBD)已被提出作为一种基于气相生成束的附加制造技术，并用于在各种刚性和柔性表面上的受控沉积。在真空溅射中避免了溶剂的使用，此外，超声波束的高准直性适用于模板掩模辅助的微图案化，允许对沉积的纳米结构膜的厚度和粗糙度进行精细控制，以及对机械变形的牢固粘附和弹性。SCBD是一种室温技术，允许使用不耐热和或易降解的材料和基质，无需预处理或后处理。

鉴于此，米兰大学Paolo Milanit团队等以2-羟乙基纤维素和离子液体乳酸胆碱组成的天然衍生电解质离子凝胶为基质，利用超声束沉积(SCBD)沉积的高度多孔纳米结构碳膜获得电极，报道了一种绿色、柔性且能够在1.5 V以上工作的超薄超级电容器，开发了一种通用的、可扩展的、环保的制造工艺，能够直接印刷适用于瞬态电子系统的互连元件，在生物医学、精密农业和环境监测等许多战略领域具有重要的应用价值。相关工作以“All Printed Green Micro-Supercapacitors Based on a Natural derived Ionic Liquid for Flexible Transient Electronics” 于近期发表在Advanced Functional Materials上，引起了广泛的关注。

文章亮点：

1. 基于印刷技术的逐层制造工艺完全环保，将喷射铸造和SCBD沉积技术结合，利用2-羟乙基纤维素与离子液体乳酸胆碱混合得到天然离子凝胶。整个制造过程在室温下进行，仅用水作为溶剂，使得超级电容器的生产和制造过程简单快捷，生态友好。

超级电容器逐层印刷流程

2. 获得的超级电容器（SCs）最高工作电位可达1.6 V，测试的能量性能达到120 kW kg–1的输送功率和11.8 Wh kg–1的储存能量。并且具有优异的连接扩展性能，单个过程中印刷了三个不同的SCs，在串联测试中，三个SCs的串联连接可实现高达4.8 V的工作电压。通过在弯曲基板和印刷超级电容器的同时进行CV分析来进行机电柔性测试。所获得的SCs显示出优异的稳定性，弯曲度高达180度，电容保持率始终大于96%。