研究人员为可穿戴传感器创造了基于凝胶驻极体的发电设备

来自NIMS（国立材料科学研究所）、北海道大学和明治制药大学的一组研究人员开发了一种能够稳定保持大静电荷的凝胶驻极体。然后，该团队将这种凝胶与高度柔性的电极相结合，创建了一种传感器，能够感知低频振动（例如人类运动产生的振动）并将其转换为输出电压信号。该设备可能被用作可穿戴的健康护理传感器

近年来，人们对开发用于医疗保健和机器人等各种用途的软电子产品的软质、轻质发电材料的兴趣不断增长。能够稳定地保持静电荷的驻极体材料可以用于开发没有外部电源的振动供电设备

NIMS一直致力于开发一种低挥发性、室温的烷基-π液体，该液体由π-共轭染料部分和柔性但支链的烷基链（一种碳氢化合物）组成。烷基–π液体表现出优异的电荷保持性能，可以应用于其他材料（例如，通过涂漆和浸渍），并且易于成型

然而，当这些液体与电极结合形成柔性装置时，它们很难固定和密封，从而导致泄漏问题。此外，需要提高烷基–π液体的静电荷保持能力，以提高其发电能力

研究团队最近通过在烷基-π液体中添加微量低分子量凝胶剂，成功地制备了烷基-π凝胶。发现这种凝胶的弹性储能模量是其液体对应物的4000万倍，并且可以通过固定和密封来简化它

此外，与基础材料（即烷基–π液体）相比，通过对该凝胶充电获得的凝胶驻极体的电荷保持率提高了24%，这得益于凝胶内静电荷的限制得到了改善。然后，该团队将柔性电极与凝胶驻极体相结合，制造出一种振动传感器。该传感器能够感知频率低至17 Hz的振动，并将其转换为600 mV的输出电压，比基于烷基-π液体驻极体的传感器产生的电压高83%

在未来的研究中，该团队旨在通过进一步提高烷基-π凝胶的充电驻极体特性（即充电容量和充电寿命）和强度，开发能够响应细微振动和各种应变变形的可穿戴传感器。此外，由于这种凝胶是可回收和可重复使用的振动传感器材料，预计其使用将有助于促进循环经济