Esta ilustración muestra el almacenamiento de energía electroquímica en chip integrado con electrónica de película delgada a nivel de transistor utilizando un material de un solo electrodo para todos los dispositivos. Crédito:WILEY ‐ VCH Verlag GmbH &Co. KGaA, Weinheim
La capacidad de combinar muchas funciones en un solo microchip es un avance significativo en la búsqueda para perfeccionar lo pequeño, Sensores autoamplificados que ampliarán el Internet de las cosas. Los investigadores de KAUST han logrado combinar la detección, recolección de energía, funciones de rectificación de corriente y almacenamiento de energía en un solo microchip.
"Previamente, Los investigadores tuvieron que usar rectificadores voluminosos que convertían la energía eléctrica recolectada intermitente en corriente continua constante para su almacenamiento en microcondensadores electroquímicos. "dice Mrinal K. Hota, científico investigador de KAUST y autor principal del estudio.
Hota explica que la clave para integrar todo en un solo chip fue el desarrollo del óxido de rutenio (RuO2) como material de electrodo común que conecta todos los dispositivos en los microcircuitos. El equipo prevé una amplia gama de aplicaciones, desde el seguimiento de las indicaciones de salud personal directamente desde el cuerpo humano hasta la detección ambiental e industrial.
"Nuestro logro simplifica la fabricación de dispositivos y realiza una miniaturización significativa de los dispositivos de sensores autoalimentados, "dice el líder del proyecto Husam Alshareef.
Los contactos de óxido de rutenio se colocan sobre un sustrato de vidrio o silicio para conectar la detección, electrónica de recolección de energía y rectificadora de corriente con uno o más microcondensadores electroquímicos que almacenan la energía eléctrica. Esto crea un sistema diminuto que puede funcionar sin batería. En su lugar, utiliza el movimiento corporal disponible o las vibraciones de la maquinaria como fuente de energía confiable y continua.
Un chip de película delgada con los microcondensadores de almacenamiento de energía dispuestos a lo largo de la parte superior e inferior del chip. Crédito:KAUST
"A diferencia de una batería, Los microcondensadores electroquímicos pueden durar cientos de miles de ciclos en lugar de unos pocos miles, ", Señala Hota. También pueden ofrecer una salida de potencia significativamente mayor a partir de un volumen determinado.
Una clave para crear material de electrodo adecuado para conectar todos los dispositivos fue crear superficies óptimas de dióxido de rutenio con rugosidad controlada, defectos y conductividad. Estas características permitieron al equipo utilizar RuO2 tanto para microcondensadores electrónicos como electroquímicos.
Otra innovación crucial fue utilizar un gel que, después de la aplicación, solidifica en el electrolito de los supercondensadores. Este es un material que transporta carga eléctrica en forma de iones. El gel solidificado se eligió para evitar cualquier daño a los rectificadores y transistores de película delgada.
Los investigadores ahora planean trabajar para optimizar aún más los electrodos RuO2 y explorar la conexión de muchos tipos diferentes de sensores en sus chips. También quieren investigar la posibilidad de agregar comunicación inalámbrica al dispositivo. Esto permitiría a los biosensores y sensores ambientales enviar datos de forma remota a cualquier receptor inalámbrico, incluidos teléfonos móviles y ordenadores personales.
Una ilustración esquemática del circuito integrado fabricado en un sustrato de vidrio de una pulgada. El chip combina electrónica y unidades de almacenamiento de energía en chip. Crédito:WILEY ‐ VCH Verlag GmbH &Co. KGaA, Weinheim
