工程师为可穿戴技术开发了基于凝胶的可拉伸摩擦电纳米发电机

从智能手表、健身追踪器到可以佩戴在身上的医疗传感器，可穿戴设备正在改变我们与技术互动的方式。随着其普及，将身体运动等机械能转化为电能的摩擦电纳米发电机（TENG）提供了一种不依赖电池为这些设备供电的解决方案

可穿戴应用中使用的大多数TENG都包含一种附着在导电电极上的摩擦电材料。然而，其中一个挑战是找到可以与人体无缝移动的柔性电极材料

为了应对这些挑战，韩国首尔东国大学Jung Inn Sohn教授领导的一个研究小组开发了一种基于凝胶聚合物电极的摩擦电纳米发电机（GPE-TENG）。该设备具有可拉伸性、半透明性和耐用性，使其适用于可穿戴传感器应用。这篇论文发表在2024年11月1日的《化学工程杂志》上。“我们报告了一种原位固化策略，通过增强离子聚合物凝胶和ecoflex层之间的界面结合，开发出可拉伸、半透明和耐用的GPE-TENG，”Sohn教授解释道

为了制造该设备，研究人员将聚环氧乙烷（PEO）和双（三氟甲磺酰基）酰亚胺锂（LiTFSI）的凝胶混合物倒入ecoflex模具中。将凝胶均匀涂抹，然后覆盖另一层ecoflex。将铜线连接到凝胶上进行电气连接，整个组件在70°C下固化12小时，使凝胶与ecoflex层牢固结合

结果是一种耐用、灵活、半透明的设备，当被敲击或拉伸时会产生电信号，在15 mΩ的负载下提供0.36 W/m²的峰值功率。在测试中，该设备可以拉伸到原始尺寸的375%而不会损坏，并且可以承受两个月的弯曲、扭曲、折叠和拉伸，而不会出现任何分层或电气性能损失的迹象

随着可穿戴技术成为我们日常生活中更大的一部分，拟议的GPE-TENG可以使可穿戴设备能够跟踪关节活动以进行康复，或作为服装中的生物识别系统，使用户能够解锁智能门或储物柜

Sohn教授说：“这项工作可以通过开发可持续和灵活的电子设备来彻底改变可穿戴技术，这些设备在人类医疗保健、康复、安全系统和安全生物识别认证系统中具有广阔的应用前景。” More information: Puran Pandey et al, In-situ cured gel polymer/ecoflex hierarchical structure-based stretchable and robust TENG for intelligent touch perception and biometric recognition, Chemical Engineering Journal (2024). DOI: 10.1016/j.cej.2024.156650

Journal information: Chemical Engineering Journal