【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，北京理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院/機(jī)械與車輛學(xué)院博士后李向陽以第一作者在國際頂級期刊《Advanced Materials》發(fā)表題為“Seconds-Integrated Monolithic System of Zn-Ion Micro-Battery and Multi-Functional Sensors for Robotic Autonomous Tactile Sensing”的研究論文(DOI: 10.1002/adma.202520257)。北京理工大學(xué)為論文第一通訊單位，北京理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院趙揚(yáng)教授為通訊作者。北京理工大學(xué)機(jī)械與車輛學(xué)院李欣教授與趙杰亮教授為本研究的合作者。本研究得到了國家自然科學(xué)基金、京津冀基礎(chǔ)研究合作專項(xiàng)等項(xiàng)目支持。
 

　　隨著物聯(lián)網(wǎng)、人工智能和智能機(jī)器人技術(shù)的快速發(fā)展，對具備能量存儲(chǔ)與多模態(tài)感知功能的高度集成微系統(tǒng)的需求日益迫切。然而，傳統(tǒng)制造方法往往面臨制備效率低、界面不兼容、信號干擾嚴(yán)重等問題，限制了系統(tǒng)整體性能的提升。針對這一挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊(duì)提出了一種基于焦耳熱效應(yīng)的超快構(gòu)筑策略，實(shí)現(xiàn)了在8秒內(nèi)完成無負(fù)極鋅離子微電池與溫濕度傳感器的一體化單片集成。
 

　　該策略利用石墨紙的高導(dǎo)電性和高熱導(dǎo)率，通過局部焦耳熱效應(yīng)快速激活前驅(qū)體墨水，不僅實(shí)現(xiàn)了功能材料(ZnMn2O4、G@NiO、G@WO3)的超快合成，還在材料中原位引入氧空位，顯著提升了電化學(xué)活性。所構(gòu)筑的無負(fù)極鋅離子微電池表現(xiàn)出高達(dá)850 μAh cm-2的面容量和1060 μWh cm-2的能量密度，優(yōu)于目前已報(bào)道的大多數(shù)水系鋅基微電池。該電池可在約150秒內(nèi)快速充電，單次充滿電后可支持集成系統(tǒng)連續(xù)工作超6小時(shí)，低功耗模式下續(xù)航可達(dá)24小時(shí)。
 

　　更為重要的是，該柔性單片系統(tǒng)成功集成于機(jī)器人手臂上，結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)算法，實(shí)現(xiàn)了對環(huán)境溫濕度的自主感知與物體識別分類，識別準(zhǔn)確率超過99%。該系統(tǒng)不僅具備優(yōu)異的機(jī)械柔性和界面穩(wěn)定性，還能在復(fù)雜形變下保持穩(wěn)定傳感性能，展現(xiàn)出在智能機(jī)器人、人機(jī)交互、可穿戴健康監(jiān)測等領(lǐng)域的廣闊應(yīng)用前景。
 

　　本研究提出了一種基于焦耳熱效應(yīng)的超快一體化構(gòu)筑策略，成功解決了多功能微系統(tǒng)在制造效率、界面兼容性和信號干擾方面的關(guān)鍵難題。該策略不僅實(shí)現(xiàn)了高性能鋅離子微電池與傳感器的無縫集成，還展示了在智能機(jī)器人中的實(shí)際應(yīng)用潛力，為下一代自主微系統(tǒng)的發(fā)展提供了新的技術(shù)路徑。
 

　　通訊作者簡介：
 

　　趙揚(yáng)，國家級青年人才，北京理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院長聘教授、博士生導(dǎo)師。以通訊作者(或第一)身份發(fā)表SCI論文50余篇，其中包括Nat. Commun.、Sci. Adv.、Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.、J. Am. Chem. Soc.、Energy Environ. Sci.等，累計(jì)共發(fā)表SCI論文百余篇，文章引用次數(shù)達(dá)萬余次。4篇入選ESI高被引論文(Top 1%)。主持國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、北京市自然科學(xué)基金項(xiàng)目、京津冀基礎(chǔ)研究合作專項(xiàng)等，同時(shí)參與多項(xiàng)國家重大基礎(chǔ)研究發(fā)展(973)計(jì)劃課題、重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目等。擔(dān)任國際期刊Nano Research Energy期刊-青年編委、Energy Materials青年編委、Nanomaterials、Frontiers in Catalysis的編輯委員。