Page 31 - CSC_issue2_2019_eMag.pdf

科技前沿 | Research Review

新型纳米材料有望提升电池效率 , 可在诸多可持续领域应用

独特的纳米网，集高孔隙率、出色的表面积体积比和易于制造于一身

019 年 3 月，世界领先
2 的纳米电子、能源和
数字技术研究与创新中心
imec 携手比利时鲁汶大学
展示了一款新颖的纳米网材
料，这意味着可能在各种可
持续应用领域取得突破。这
图1. 纳米网。左：格栅结构的三维效果。中：显示高度规则结构的扫描电子显微镜图像。右：在宏观层面上，该材料是柔性的。
款新的纳米网材料为三维纳
米级（金属）格栅结构，具有高度规 中的电极，将锂转变为锂离子。imec 层面上，独立式纳米网是一种柔性金
则的内部尺寸。由于其独特的材料特 的纳米网材料能实现高容量和快速充 属箔，这使其与最接近的竞争对手（金
性和易于制造的特点，有望在（可持续） 电电池，因为其兼具大的表面积和高 属泡沫和气凝胶）相比另具优势，后
工业领域中得到广泛应用。它将提升 孔隙率（储能材料的负载量很高），同 者往往更加坚硬或脆弱易碎。
电池效率，改善催化转化器、燃料电 时它仍是一种与电流收集器密切接触 身为 imec 科学总监和比利时鲁
池和氢气生产。 的纳米薄膜。除此之外，在燃料电池 汶大学生物工程学院教授的 Philippe
纳米网材料是一种在多个层面上 中，imec 新型纳米网材料的金属纳米 Vereecken 说 ：“我们对这种新型纳米
水平互连的纳米线三维 (3D) 结构，具 级格栅结构可同时充当电流收集器和 材料寄予很高的期望。它最大的优点
有高度规则的内部间隔和尺寸。因此， 功能性催化剂。比如，相关研究表明 ： 在于其结构的规则性、大的开放式结
它兼具高孔隙率和前所未有的表面积 在通过电解水的方法来生产氢气的过 构和尺寸的一致性。我们几乎是在 10
体积比。厚度每增加 1 微米，可用表 程中，几微米厚的这种新型纳米网材 年前就发现了三维纳米多孔结构，但
面积将增大 26 倍。想象一下 ：当充填 料的工作性能优于比它厚 300 倍（厚 只是在 Stanislaw Zankowski 的博士研
一小罐苏打水的体积时，在其包含的 度约 1 mm）的泡沫镍。 究中，这种材料的独特性才变得清晰
表面积等同于一个足球场大小的情况 此外，这种独特的材料还可相当 起来。当使用传统的模板化纳米线工
下。除此之外，内部和外部尺寸还可 容易地通过廉价的阳极氧化和电镀工 艺时，纳米线之间的空间很小。Stan
按照几乎任何规范进行调优，从而使 艺制造。首先，利用铝箔的阳极氧化 优化了制造工艺，以获得大的孔隙率，
其具备符合众多应用要求的潜力。 形成一个模具。在纳米级上实现规则 从而使其如今可在许多应用中得到最
许多工业生产过程基于（必需） 穿孔的秘诀在于铝金属的受控掺杂。由 佳的利用。对于所有希望加入我们、
发生在物体表面上的化学反应。可用 此产生的结构起一个模具的作用，可 旨在将这种非常有前途的材料转移到
的表面面积越大，能够同时发生的化 以在其中沉积各种各样的材料。经过 工业应用中的行业团队，我们都十分
学反应就越多，而且生产过程的速度 连续的化学蚀刻之后，该模具被溶解， 欢迎。”
或吞吐量越高。例如，考虑一下电池 留下一个独立式纳米网结构。在宏观

图2. 在常压下，纳米网能够相对容易地通过电化学工艺来制备。首先形成一个模具，可以在这个模具中沉积纳米网材料。在蚀刻之后，留下一个独立式纳米网。

www.compoundsemiconductorchina.net 化合物半导体 2019年第2期 29