3D打印微电池可直接植入微芯片

　　我们生活在一个日益缩小的世界里——每一年，微芯片的尺寸都变得越来越小，但是他们的功能却不断提升。但是在一个关键的领域，研究人员们一直在试图创新，却没有获得太大的进展，那就是电池的生产。电池的尺寸减小速度始终没有跟上其它电子装置，从而成为拖累电子产品设计的一个限制条件。

　　如今这一切即将改变，美国伊利诺伊大学Urbana-Champaign分校的研究人员发现了一种3D打印锂离子微型电池的方法，这种微型电池是如此之小，以至于可以直接放置在微芯片里。

　　研究人们将3D全息光刻(3Dholographiclithography)技术与更为常规的2D光刻(一种与常见的印刷电路板相似的技术)结合起来制造出介孔结构电极。所有这些研究的细节已经被发表在一片题为《高性能芯片内3D锂离子微电池的全息结构(HolographicPatterningofHighPerformanceon-chip3DLithium-ionMicrobatteries)》的论文中，这篇论文被收录于美国国家科学院的论文集中。

　　“由于3D电极的复杂性，这样的电池很难实现，更不要说将其缩小并集成在芯片上了。”该论文的第一作者、MatSE研究生HailongNing说，“在这个项目中，我们开发了一种有效的方法来制造高性能的3D锂离子微电池，而且使用的工艺与现有的微电子制造高度兼容。我们利用3D全息光刻确定电极的内部结构，并用2D光刻创建出所期望的电极形状。这项工作融汇了制造、界定和建模的重要概念，展示出微电池的能量和功率与电极的大小、形状、表面积、孔隙率和弯曲度等结构参数的相关性。”

　　对于传统的微型装置来说，由于能量存储装置的小型化极端困难，只能在芯片外为其供电。因此，研究人员们的这一发现将对众多微电子应用，如微型无线传感器、便携式和可植入医疗装置、基于自主微机电系统(MEMS)的执行装置和分布式显示器等将起到巨大的推动作用。

　　该制造工艺，如上文所述，主要使用3D全息光刻和传统的光刻法来创建出电池的模板，然后然通过一种电沉积工艺层积活性材料薄层生成3D集电体，从而可以提供卓越的能量密度和大量的潜在应用。据了解，这些电池具有非常大的可扩展性，并与MEMS和CMOS等工艺高度兼容。

　　为了证明他们的研究成果，研究人员将一块这样的微电池链接到了LED上。这块微电池的体积只有0.04立方毫米，容量仅为0.83μAh，但它很容易地就能为LED供电200次，对于如此之小的电池相当让人印象深刻。