【儀表網 研發快訊】近日，北京理工大學化學與化工學院/機械與車輛學院博士后李向陽以第一作者在國際頂級期刊《Advanced Materials》發表題為“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)。北京理工大學為論文第一通訊單位，北京理工大學化學與化工學院趙揚教授為通訊作者。北京理工大學機械與車輛學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基金、京津冀基礎研究合作專項等項目支持。
隨著物聯網、人工智能和智能機器人技術的快速發展，對具備能量存儲與多模態感知功能的高度集成微系統的需求日益迫切。然而，傳統制造方法往往面臨制備效率低、界面不兼容、信號干擾嚴重等問題，限制了系統整體性能的提升。針對這一挑戰，研究團隊提出了一種基于焦耳熱效應的超快構筑策略，實現了在8秒內完成無負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電性和高熱導率，通過局部焦耳熱效應快速激活前驅體墨水，不僅實現了功能材料(ZnMn2O4、G@NiO、G@WO3)的超快合成，還在材料中原位引入氧空位，顯著提升了電化學活性。所構筑的無負極鋅離子微電池表現出高達850 μAh cm-2的面容量和1060 μWh cm-2的能量密度，優于目前已報道的大多數水系鋅基微電池。該電池可在約150秒內快速充電，單次充滿電后可支持集成系統連續工作超6小時，低功耗模式下續航可達24小時。
更為重要的是，該柔性單片系統成功集成于機器人手臂上，結合機器學習算法，實現了對環境溫濕度的自主感知與物體識別分類，識別準確率超過99%。該系統不僅具備優異的機械柔性和界面穩定性，還能在復雜形變下保持穩定傳感性能，展現出在智能機器人、人機交互、可穿戴健康監測等領域的廣闊應用前景。
本研究提出了一種基于焦耳熱效應的超快一體化構筑策略，成功解決了多功能微系統在制造效率、界面兼容性和信號干擾方面的關鍵難題。該策略不僅實現了高性能鋅離子微電池與傳感器的無縫集成，還展示了在智能機器人中的實際應用潛力，為下一代自主微系統的發展提供了新的技術路徑。
通訊作者簡介：
趙揚，國家級青年人才，北京理工大學化學與化工學院長聘教授、博士生導師。以通訊作者(或第一)身份發表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，累計共發表SCI論文百余篇，文章引用次數達萬余次。4篇入選ESI高被引論文(Top 1%)。主持國家自然科學基金面上項目、北京市自然科學基金項目、京津冀基礎研究合作專項等，同時參與多項國家重大基礎研究發展(973)計劃課題、重點研發計劃項目等。擔任國際期刊Nano Research Energy期刊-青年編委、Energy Materials青年編委、Nanomaterials、Frontiers in Catalysis的編輯委員。
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