3D打印微電池可直接植入微芯片

　　我們生活在一個日益縮小的世界里——每一年，微芯片的尺寸都變得越來越小，但是他們的功能卻不斷提升。但是在一個關鍵的領域，研究人員們一直在試圖創新，卻沒有獲得太大的進展，那就是電池的生產。電池的尺寸減小速度始終沒有跟上其它電子裝置，從而成為拖累電子產品設計的一個限制條件。

　　如今這一切即將改變，美國伊利諾伊大學Urbana-Champaign分校的研究人員發現了一種3D打印鋰離子微型電池的方法，這種微型電池是如此之小，以至于可以直接放置在微芯片里。

　　研究人們將3D全息光刻(3Dholographiclithography)技術與更為常規的2D光刻(一種與常見的印刷電路板相似的技術)結合起來制造出介孔結構電極。所有這些研究的細節已經被發表在一片題為《高性能芯片內3D鋰離子微電池的全息結構(HolographicPatterningofHighPerformanceon-chip3DLithium-ionMicrobatteries)》的論文中，這篇論文被收錄于美國國家科學院的論文集中。

　　“由于3D電極的復雜性，這樣的電池很難實現，更不要說將其縮小并集成在芯片上了。”該論文的第一作者、MatSE研究生HailongNing說，“在這個項目中，我們開發了一種有效的方法來制造高性能的3D鋰離子微電池，而且使用的工藝與現有的微電子制造高度兼容。我們利用3D全息光刻確定電極的內部結構，并用2D光刻創建出所期望的電極形狀。這項工作融匯了制造、界定和建模的重要概念，展示出微電池的能量和功率與電極的大小、形狀、表面積、孔隙率和彎曲度等結構參數的相關性。”

　　對于傳統的微型裝置來說，由于能量存儲裝置的小型化極端困難，只能在芯片外為其供電。因此，研究人員們的這一發現將對眾多微電子應用，如微型無線傳感器、便攜式和可植入醫療裝置、基于自主微機電系統(MEMS)的執行裝置和分布式顯示器等將起到巨大的推動作用。

　　該制造工藝，如上文所述，主要使用3D全息光刻和傳統的光刻法來創建出電池的模板，然后然通過一種電沉積工藝層積活性材料薄層生成3D集電體，從而可以提供卓越的能量密度和大量的潛在應用。據了解，這些電池具有非常大的可擴展性，并與MEMS和CMOS等工藝高度兼容。

　　為了證明他們的研究成果，研究人員將一塊這樣的微電池鏈接到了LED上。這塊微電池的體積只有0.04立方毫米，容量僅為0.83μAh，但它很容易地就能為LED供電200次，對于如此之小的電池相當讓人印象深刻。