随着智能可穿戴设备的迅速发展，如何实现高效无线供能与超柔性结构一直是技术瓶颈。现有方案往往依赖异质集成，不同材料的连接界面易造成机械失配，限制了设备的耐用性和适用范围。
为了解决这一问题，
中科院大连化物所
吴忠帅研究员
团队联合深圳先进技术研究院
成会明院士
，利用二维Ti
3
C
2
T
x
MXene作为多功能材料，
创新性地将微型超级电容器及应变传感器集成至无线充电线圈内部
，实现了前所未有的
无缝一体化设计。
该研究成果以“An ultrastretchable seamlessly integrated contactless charging microsystem towards skin-attachable wireless microelectronics”为题，于近日发表在《
Nature Communications
》上。
【打造MXene“全能”薄膜】
MXene是一种多功能的二维材料，其突出特点包括高导电性、大比表面积、易于加工和优异的传感能力等，在能量转换、电磁干扰屏蔽和传感器等应用中具有很好的前景。研究人员利用激光刻蚀技术，在弹性基底上制备了图案化的MXene薄膜，将其
同时作为无线接收线圈、微型超级电容器、应变传感器以及互联导线
，从而
减少界面
的产生。
图1. 无缝集成系统的制备流程
【褶皱结构暗藏玄机】
MXene薄膜被转移到
预拉伸
的弹性基底上，释放应变后，在表面会形成皱褶结构以承受形变。因此，微型超级电容器的比容量达到
76.82 F cm
–3
，并且具有极佳的机械稳定性，
在1000次拉伸循环（500%面积应变）后电容保持率可达98.5%
。此外，即使在不同应变速率的
动态拉伸测试中
，器件也能实现与静态条件下
完全一致的充放电行为
。
图2. MXene薄膜厚度对机械性能的影响
图3. 可拉伸微型超级电容器的电化学和力学性能
【硬币大小的电子器件】
微型超级电容器和应变传感器被巧妙地集成在无线接收线圈的内部，使得整个可拉伸系统具有
极高的一体性和超小的面积（≈1.4 cm*1.4 cm）
。通过优化接收线圈的结构参数和工作距离，
无线充电效率可达54.3%，长时间充电也无过热问题，
证明充电过程安全可靠。而且即使在极端形变下（如双轴拉伸至500%面积应变，弯曲至180°等），无线接收线圈也能在
20 s内稳定地将微型超级电容器充至满电
。此外，一体化的微系统可以贴合在不同的身体部位，实现对肢体运动的快速反应，如
手指弯曲、手背拉伸和指尖按压（最快响应时间~140 ms）
。因此，该微系统拥有很高的集成度和兼容性，这为设计和实现贴肤的无线微电子技术提供了新的启示。
图4. 无线充电的机制和性能优化
图5. 可穿戴无缝集成系统的协作和传感能力
【小结】
作者通过在
材料选择、界面匹配、结构设计和制备策略的协同优化
，提出了一个无缝集成、非接触式充电的MXene微系统。此种
贴肤式微电子
展现出优异的拉伸性、稳定的无线充电能力、卓越的变形兼容性和出色的集成度。此外，这些
设计和优化策略可以扩展
到制造各种可拉伸和定制化的微系统中，应用于
智能健康监测、远程医疗、柔性机器人
等领域。
