近日，我中心亓东锋副教授（通讯作者）在 Power sources期刊上发表了题为“Laser-patterned Si/TiN/Ge anode for stable Si based Li-ion microbatteries”的论文。（https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2021.229697）

集成电路（IC）和微/纳米机电系统（M/NEMS）技术的进步促使多种微/纳米智能自主设备的生产，车载微型储能源在与独立自主电子设备集成方面发挥着最重要的作用，但是其微能源系统的小型化程度与供电能力限制了其微纳电子器件的发展，目前晶圆硅基锂离子微电池因为其与集成电路技术兼容的优越工艺、长的循环寿命和诱人的能量/功率密度可以作为集成微能量存储系统的一个很好的候选，此外硅衬底不仅可以作为整个电池的支撑结构，还可以在室温下提供3579 mAhg^-1的高理论锂离子存储能力，然而在重复的锂离子插入/提取过程中，仅有的硅阳极会发生较大的体积变化（~300%），从而导致较差的电化学性能，但是经研究发现通过构建三维（3D）硅基/锗复合多层阳极可以提高微电池的循环能力和倍率性能，且额外使用导电TiN中间层可以有效调节电子/离子传输，从而保持更稳定的循环能力。

在本工作中，我们采用低成本，步骤简单的飞秒激光直写技术来制备图案化的Si/TiN/Ge纳米复合材料，制备的图案化的Si/TiN/Ge阳极在锂离子存储方面显著地实现了优异的稳定循环和倍率性能。特别地，蜂窝TiN夹层不仅可以作为有效的缓冲层来限制过量的锂离子在硅衬底电极中的存储，而且可以在循环过程中实现有效的电子动力学，此外，剩余的具有扩大的表面积和足够的空间的分离的Si/Ge微点阵列可以很好地适应Si阳极的体积变化，这有利于提高整个电极的电化学性能。

在制备过程中，TiN夹层首先溅射在硅衬底上，然后通过简易的飞秒激光直写技术雕刻。随后，通过溅射方法在最外层Ge层上成功地制备了图案化的Si/TiN/Ge纳米复合材料。     

从SEM图和光学显微镜图表明在上述激光烧蚀工艺过程中，Si/TiN已经成功图案化，并且通过EDS分析得出图案化的Si/TiN以及溅射技术的Ge薄膜在Si基底上形成覆盖。

用循环伏安法测试该硅基电极的电化学性质，从（a）（b）图显示出Si/TiN的氧化还原电流峰值明显降低，说明其TiN层作为有效的缓冲层，限制更多的锂离子进入Si衬底，且（c）图显示出CV曲线彼此重叠，且氧化还原电流峰值增加至初始水平，说明其Si/TiN可以稳定储存锂离子，在加入缓冲层Ge后，氧化还原电流密度显著增加，能够更好促进锂离子储存到Si衬底和Ge电极中，总之，图案化的TiN中间层和Ge活性物质的引入有助于调节锂离子在循环过程中的储存，且通过其循环充放电测试，进一步证实其优异的锂离子存储稳定性。

利用制备好的复合电极组装成锂电池进行CV测试证明其Si/TiN的良好稳定性以及循环性能，且成功为三个红色发光二极管供电，展示其在硅基微能存储器件中有前途的应用。