使用可伸展碳纳米管薄膜通过身体运动提供动力的可穿戴设备

 
作为概念验证，名古屋大学团队展示了新型摩擦电纳米发电机(TENG)的实用性，将其用于制造自供电的光学无线通信板，以及将蓝色LED嵌入TENG并进行有线连接的手套使用碳纳米管薄膜。在这里，拍手时，蓝色LED会亮起。由于形成线和一个电极的可拉伸和柔性纳米管薄膜，手套可以摘下和戴上而不会损害其功能。无线通信表(未显示)根据触摸方式发送不同的光学信号-点击或滑动。名古屋大学研究人员已经使用碳纳米管薄膜(CNT膜)作为材料，实现了一种透明的，可拉伸的摩擦纳米发电机(TENG)，其面积达12 cm x 12 cm，输出功率为每平方米8瓦。腾的电极。 CNT膜是使用简单的经济高效且可扩展的喷涂方法形成的，并作为概念验证方法应用于自供电的光学无线通信板和也为蓝色LED供电的手套。这项工作发表在《纳米能源》杂志上。
诸如智能手表和活动跟踪器之类的可穿戴设备具有许多有用的功能，包括信息显示和生物信息感测。全球已经有超过十亿的用户在体育，医疗保健和人类物联网(IoT)等广泛的应用中使用-当5G电信革命全面开花时，这一数字将急剧增加。当前，几乎所有此类设备都由可充电电池供电，可充电电池体积较大并且需要大量时间进行充电。而且，常用的锂离子电池也面临环境问题。如果可穿戴设备的电源根本不是电池，而是跟随人体运动的可伸展材料，并且体积小，重量轻，可以为用户带来舒适感，该怎么办?将少量环境能量转换为电能的能量收集技术可以为电池供电，为可穿戴设备供电。
可以理解，可伸缩电子设备近来引起了很多研究和商业关注。穿戴式能量采集器不仅必须具有柔韧性，而且必须具有可伸展性，以跟随人体的三维身体运动。而且，它们必须提供足够的功率来驱动各种电子设备。但是，目前收割机的输出功率不足以使可拉伸的摩擦发电实用化。
名古屋大学的研究团队克服了拉伸性和低输出功率的问题。作为第一作者，名古屋大学可持续发展材料与系统研究所助理教授Masahiro Matsunaga解释说：“我们已经实现了一种透明且可拉伸的摩擦纳米发电机(TENG)，它可以通过使用碳纳米管薄膜来跟随人类的运动(碳纳米管薄膜作为TENG的电极。制成的TENG具有简单的结构：碳纳米管薄膜被夹在聚二甲基硅氧烷(PDMS)弹性体内部，其透明度超过90%。”
当触摸TENG的表面时，TENG通过称为“接触带电”和静电感应的过程将机械能转化为电能。 CNT薄膜是通过简单的喷涂方法制成的，该方法具有成本效益和可扩展性。名古屋大学的研究团队可以制造面积达12厘米x 12厘米的大型TENG。而且，在制造过程中使用等离子处理，TENG的实际实现的功率输出密度高达每平方米8瓦。
作为概念验证，名古屋大学团队通过将新的TENG应用于自供电的光学无线通信板以及将蓝色发光二极管(LED)嵌入到TENG中并进行布线的手套中，展示了其新功能。使用CNT膜。
Matsunaga教授进一步解释说：“对于通信板，我们在板中形成了三个分离的电极和导线，并带有不同颜色的LED。板可以根据触摸的类型(轻击或轻扫)发送各种光学信号。”
“要制作手套，我们将TENG固定在手掌上，并使用CNT线将其连接到嵌入在手背上的蓝色LED上。该手套可以通过拍手驱动LED。可以戴上手套或取下手套不会因为CNT薄膜的可拉伸性和耐用性而损坏功能。”
制造相对较高功率输出，可伸缩且灵活的发电机的新技术可能是减少我们对可穿戴设备可充电电池的依赖的第一步。