比一粒尘埃还小!德国科学家成功研发新微型超级电容器:电压媲美AAA电池、可植入体内为医疗设备供电!

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德国科学家日前成功研发了史上最小的微型超级电容器。这款设备的体积比一粒灰尘还小,电压却能媲美AAA电池。不含腐蚀性化学物,可安全适用于人体,并以血液中的成分来增强性能。

这组德国科学家们正在纳米超级电容器(nano-supercapacitors,nBSC)领域中进行研究,试图制造出更好的生物超级电容器。生物超级电容器是指可以安全地在人体中为微型传感器和植入式医疗设备等提供高性能与高集中度的电力设备。

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迄今为止开发过最小的生物超级电容器体积为3mm3 ,这次的研究把该设备更加小型化,比之前的还要小3000倍。这款搭载与AAA电压相似但极其微小的可运行微型超级电容器,使nBSC领域得到了非常大的进步!

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图中一片片细小的金属便是纳米生物超级电容器,体积为0.001mm3 , 由一堆聚合物层组成。这些聚合物层中间夹着一层光敏电阻材料,作为电流收集器、一层隔膜和电极。电极是由一种名为PEDOT:PSS的导电生物相容性聚合物制成。所以该设备不含任何腐蚀性化学品,可以安全地植入人体内。这堆聚合物层通过折纸式技术将其折叠成最终成品。这款设备的功率水平跟AAA电池的电压大致相同。

随后,团队把这款设备放置在盐水、血浆和血液中,测试它的储存能量的功能。实验证明这款设备在血液里特别有效,在16小时操作以后,还能保留70%的容量。这款设备能够与固有的氧化还原酶反应和溶液中的活细胞合作,并对自身的电荷存储反应进行超级充电,将其性能提高了40%。

接下来,团队还将设备置入微流体通道中,以测试它在血管中的承受力。此外,他们还将三个纳米生物超级电容器连接成一个以测试它的供电力。两项实验都非常成功。该设备在模拟血管流动与压力波动的通道里没有损坏并且可运作;三合一的设备也成功为微小的pH传感器供电。 该传感器是可以放置在血管中测量pH值并检测,预示疾病的异常情况如肿瘤生长。

研究小组负责人Oliver G. Schmidt教授表示,这不仅仅是nBSC的一项创举,也是生物学中的一大进展。这项发明将为电子工程业与医学研究带来更多新的可能性。

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