由于其成本效益高、重量轻、环保且易于制造，纸张和织物已成为传感和印刷微电子领域极具前景的基板材料。本文，印度比尔拉理工学院Sayan Kanungo、Sanket Goel等研究人员在《Mater. Adv》期刊发表题为“A hybrid in situ process for sustainable doped graphene on paper and textile substrates for a miniaturized supercapacitor”的论文，研究提出了一种制备硼掺杂激光诱导石墨烯（BLIG）的新方法，用于开发夹层式超级电容器。该方法在提升超级电容器电极电化学性能的同时，还促进了纸张和织物等通常被丢弃的材料的再利用。该工艺通过前驱体对基底进行改性，并利用激光雕刻将其转化为BLIG。
在三电极系统中，以5 mV s−1的扫描速率测得面电容（CA）为59.7 mF cm−2。当将优化后的电极组装成固态双电极结构时，所得的夹层超级电容器在相同扫描速率下表现出12.44 mF cm−2的面积电容。此外，该涂层材料可应用于纸张和织物等多种基底，彰显了该技术在高性能柔性电子器件领域的通用性和可持续性。接下来，通过密度泛函理论（DFT）计算，从理论上分析了BLIG中超级电容器性能提升的底层物理机制，结果表明，引入硼掺杂既提高了空穴导电性，又增加了电极的量子电容，这与实验结果一致。实验与计算结果相结合，突显了基于BLIG的超级电容器在下一代柔性电子设备中的广阔前景。
图1、Schematic of BLIG fabrication on paper and cloth.
本研究成功开发了一种制备BLIG的新方法，并将其应用于夹层式超级电容器。所提出的技术显著提升了超级电容器电极的电化学性能，使器件在5 mV s−1时达到12.44 mF cm−2的面积电容，而在三电极配置下则达到59.7 mF cm−2。该方法的一个关键优势在于能够将纸张和布料等通常被丢弃的材料转化为功能性电极组件，突显了其可回收性和可持续性。通过将导电材料有效整合到各种基底上，验证了BLIG制备工艺的本质。此外，基于密度泛函理论（DFT）计算的理论分析表明，硼掺杂增强了BLIG电极中的空穴导电性和量子电容，直接促成了所观察到的超级电容器性能提升。该方法的可持续性，加上其采用可回收材料和卓越的电化学性能，使其成为推动柔性、环保型储能解决方案发展的极具前景的方法。硼掺杂LIG在常温常压下即可通过简单合成制备，且易于集成到器件中，因此特别适用于便携式微电子设备。此外，BLIG微型超级电容器即使在极端机械应力下仍表现出优异的电化学稳定性，使其非常适合用于大功率、柔性及可穿戴电子设备。本研究为掺杂LIG材料的制造奠定了坚实基础，从而拓展了其在柔性及可穿戴技术中的应用范围。
文献：https://doi.org/10.1039/d6ma00723f
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