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　　可穿戴、柔性化微电子的发展刺激了对兼容性高、耐用性强的产能、储能和用能一体化集成系统的需求。其中，平面微型超级电容器(MSCs)具有高功率密度和快速充放电的特点，能够随时随地收集能量转化单元产生的剩余电力，为电子设备供电。该研究团队此前开发出多种可定制微能源系统，如微型超级电容器-气体监测系统(Adv. Funct. Mater.，2020)，微型超级电容器-压力传感集成系统(Adv. Energy Mater.，2021)，锌离子微型电池-气体传感集成系统(Small，2020)，微型超级电容器-温度传感集成系统(Energy Environ. Mater.，2020)，一体化自供电压力传感集成系统(Adv. Mater.，2020)；自供电温度传感集成系统(Adv. Energy Mater.，2020)；全柔性自供电双通道传感集成系统(Nano Energy，2020)等。目前，为实现高效一体化自供电气体传感微系统，亟需开发与能量转化、能量存储及能量使用器件高度兼容性的制备技术，以及高性能柔性电极材料和气体传感材料。
 

 

　　本工作中，该团队采用静电组装策略，制备出具有高比表面积(360m2/g)、超薄结构(3nm)和高导电性的二维Fe-ZIF/G异质结构纳米片，作为柔性固态微型超级电容器高电容微电极材料。研究发现，Fe-ZIF/G异质结构纳米片促进了电解质离子沿平面的传输，提供了丰富的电化学活性位点。团队利用喷涂打印技术构筑的平面微型电容器，表现出9.5μWh/cm2的高面积能量密度和优异的循环稳定性。此外，团队提出了一体化设计和构建策略，通过减少多组份之间的接口，将硅薄膜太阳电池、微型超级电容器和传感器集成匹配在一个共面柔性衬底上，开发出一体化、柔性化、自供电的平面气体传感集成微系统。该微系统在室温下对氨气响应显示出高的选择性，而且在低氨气浓度(2ppm)条件下具有高的响应性。该工作为构建可打印的自供电微系统提供了新途径。
 

　　相关研究成果以“2D ultrathin graphene heterostructures for printable high-energy micro-supercapacitors integrated into coplanar flexible all-in-one microelectronics”为题，发表在《今日材料》(Materials Today)上。该工作的第一作者是我所508组博士毕业生马佳鑫。上述工作得到国家自然科学基金、中国科学院洁净能源创新研究院合作基金等项目的资助。(文/图 马佳鑫、郑双好)