基于氧化锡钴修饰碳纳米纤维的单次丝网印刷多功能活性墨水平台，用于储能与传感应用

《Advanced Composites and Hybrid Materials》：A single screen-printable multifunctional active ink platform based on tin cobalt oxide decorated carbon nanofibers for energy storage and sensing applications

　　

摘要

本研究重点阐述了一种单一丝网印刷型多功能活性油墨平台的配方设计。该导电油墨简化了三类不同微电子器件的制造流程：微超级电容器、湿度传感器和电化学传感器。该导电油墨平台通过将赝电容型尖晶石SnCo₂O₄与导电碳纳米纤维（CNF）相结合而开发而成。丝网印刷的SnCo₂O₄/CNF（SC-3）微超级电容器电极同时表现出赝电容和双电层电容（EDLC）两种电荷存储机制。该电极在微尺度能源应用中展现出卓越性能，面电容为673.8 ± 3.1 mF cm^?2（SC-3），能量密度为93.58 ± 1.5 μWh cm^?2，功率密度为1.353 ± 3.0 mW cm^?2（n = 3，相对标准偏差 RSD < 1%）。除微超级电容器外，该导电油墨在传感应用方面也展现出显著潜力。所开发的湿度传感器具有优异的稳定性、快速响应/恢复时间（38/56秒）、低迟滞（1.46%）以及宽检测范围（11–97%）。在电化学传感器中，修饰后的SC-3/SPE电极在萘普生检测方面表现出优异的电化学行为。SC-3/SPE传感器的药物浓度检测范围宽广，为1 μM至500 μM。传感器的长期稳定性表明其在药片和合成尿液样品中可高效测量萘普生，相对标准偏差为3.53%（± 0.72）。CNF框架与氧化还原活性SnCo₂O₄之间的协同作用促进了导电油墨平台的性能提升。本工作解决了传统独立储能和传感器件的不足之处。研究结果突出了引入一种可规模化、经济实惠的多功能导电油墨配方，用于下一代微型化微电子技术。

图形摘要

本研究重点阐述了一种单一丝网印刷型多功能活性油墨平台的配方设计。该导电油墨简化了三类不同微电子器件的制造流程：微超级电容器、湿度传感器和电化学传感器。该导电油墨平台通过将赝电容型尖晶石SnCo₂O₄与导电碳纳米纤维（CNF）相结合而开发而成。丝网印刷的SnCo₂O₄/CNF（SC-3）微超级电容器电极同时表现出赝电容和双电层电容（EDLC）两种电荷存储机制。该电极在微尺度能源应用中展现出卓越性能，面电容为673.8 ± 3.1 mF cm^?2（SC-3），能量密度为93.58 ± 1.5 μWh cm^?2，功率密度为1.353 ± 3.0 mW cm^?2（n = 3，相对标准偏差 RSD < 1%）。除微超级电容器外，该导电油墨在传感应用方面也展现出显著潜力。所开发的湿度传感器具有优异的稳定性、快速响应/恢复时间（38/56秒）、低迟滞（1.46%）以及宽检测范围（11–97%）。在电化学传感器中，修饰后的SC-3/SPE电极在萘普生检测方面表现出优异的电化学行为。SC-3/SPE传感器的药物浓度检测范围宽广，为1 μM至500 μM。传感器的长期稳定性表明其在药片和合成尿液样品中可高效测量萘普生，相对标准偏差为3.53%（± 0.72）。CNF框架与氧化还原活性SnCo₂O₄之间的协同作用促进了导电油墨平台的性能提升。本工作解决了传统独立储能和传感器件的不足之处。研究结果突出了引入一种可规模化、经济实惠的多功能导电油墨配方，用于下一代微型化微电子技术。

图形摘要