2023年11月15日，本会理事吴明懋副教授团队研究成果登上国际顶级期刊《Nature》！清华大学化学系博士研究生胡亚杰和吴明懋副教授为论文共同第一作者，清华大学曲良体教授是本文的通讯作者，合作者包括中国科学院力学所刘峰副研究员和北京理工大学姜澜教授等。

福建省硅酸盐学会吴明懋理事

福州大学材料科学与工程学院副教授

本次发表的Nature论文是福州大学本年度第3篇CNS主刊论文

该成果报道了一种超低阻平面型微型插指电化学电容器，通过飞秒激光构建超窄沟道，利用内建强电场极大地促进了离子动力学，从而实现了在频率为120Hz相角为-80°时，5.2 mF cm-2的超高面容量；并且研制出高一致性、高集成度的芯片式器件，在集成电路中验证了其高性能滤波能力。

论文详见：www.nature.com/articles/s41586-023-06712-2

市场现状

电容器是三大被动元器件之一，在电路电子中起着至关重要的基石作用。受益于全球信息化产业的发展以及电子产品的快速进步，在电子产品中被动元件单机使用量大大增加，市场规模庞大。而占据约三分之二被动元件市场份额的电容器受行业整体带动，规模不断增长。据统计，中国作为世界上最大的基础电子元件市场，一年消耗的电容数以万亿计。虽然我国电容器出口量略高于进口量，但由于出口产品附加值较低，所以我国电容器出口金额远低于进口金额。

研发挑战

滤波电容是电路中最主要器件之一，保障着中央处理器、记忆存储器等精密电子器件的平稳运行，决定了先进电子器件/设备性能。目前的商用滤波电容器以电解电容器为主，但是其庞大的体积占据了电路板中极大的空间，限制了电路微型化乃至设备小型化的进程。因此，提升容量与性能的同时，缩小体积成为各大高端电容厂商争相追逐的目标。

电化学电容器的比容量较电解电容器高3个数量级，这为发展微型化、集成化的滤波电容提供了可能；但受限于缓慢的离子迁移动力学，无法做到滤波需求的高频率响应能力。因此，电化学电容器往往需要以牺牲比容量的方式，平衡高频率的需求，到目前为止还难以实现实际应用。

科研价值

由于国内厂家成本价格上缺乏市场竞争力，而高端电容器被日本和美国垄断，我国一直以来严重依赖进口。吴明懋理事的该项研究工作为电化学滤波电容器提供了新的基础认识和设计思路，得到了国家自然科学基金等项目的支持。通过电场增强离子迁移动力学行为，实现了电化学滤波电容器内阻的急剧降低。

在实场验证中，该电容器表现出优异的滤波性能和电路兼容性，甚至针对于柔性电子电路也表现出优异的稳定滤波能力。

同时，电化学滤波电容器的可规模化、高一致性、芯片式集成的实现标志着电化学滤波电容器迈向实际应用的重要一步，有望在将来实现对电解质电容器的战略性替代，促使我国在该领域的弯道超车，并为人类未来柔性电子发展提供了滤波电容元件基础。

超低阻平面型微型插指电化学电容器

图1：超低阻平面型微型插指电化学电容器的设计与制造

图2：超低阻平面型微型插指电化学电容器的电化学性能

图3：超低阻平面型微型插指电化学电容器串联内阻降低的内在机理

图4：超低阻平面型微型插指电化学电容器的规模化集成与滤波性能

当前我国高端电容器及部分原材料仍需大量进口，国产化进程迫在眉睫，随着国内厂商生产技术不断发展，我国电容器国产替代进程将不断加快。《中国电子元器件行业“十四五“发展规划》指出，到2025年，我国电容器行业销售额要达到1439亿元，“十四五”期间年均增长率目标为6%。本会将持续发挥材料领域人才聚集优势，凝聚科技力量，服务创新发展，为我国在前沿科技领域实现弯道超车贡献学会力量！

统筹/编校/审发：福建省硅酸盐学会秘书处