透明可拉伸的仿皮肤式摩擦纳米发电机研制成功

2025年07月30日 阅读量:90

元素百科成功开发了透明可拉伸的仿皮肤摩擦纳米发电机。近年来,随着柔性晶体管/集成电路、可拉伸光电器件、可折叠显示屏、电子皮肤等革命性功能产品的出现,柔性/可拉伸电子产品发展迅速。这些产品对其能源供应设备提出了更高的要求,希望其具有相当的灵活性和可拉伸性。然而,很少有能源设备能同时实现灵活性、高透明度和可拉伸性。此外,市场不断增长的可穿戴电子产品和植入式电子产品要求其能源供应设备不仅具有灵活性和可拉伸性,而且具有良好的生物兼容性。

常规电磁发电机难以实现可拉伸性,摩擦纳米发电机近年来发展迅速(TENG)可满足上述柔性电子设备的需求。最近报道的可拉伸摩擦纳米发电机主要是碳纳米管、石墨烯、银纳米线等导电网络增强的弹性体聚合物。然而,该材料的可拉伸性有限,难以实现高透光率。相比之下,由亲水聚合物网络和水或离子水溶液组成的水凝胶可以同时实现透明、柔软、生物相容性和拉伸性,是开发柔性摩擦纳米发电机的理想材料。

在中国科学院北京纳米能源与系统研究所王中林院士、胡卫国研究员的共同指导下,北京纳米能源与系统研究所蒲雄等研究人员将弹性体与离子水凝胶相结合,开发了一种全新的仿皮肤纳米摩擦发电机(STENG),该装置首次具有高透明度(平均透光率,可见光96.2%)和超高可拉伸性(单轴应变,1160%),同时可以实现生物机械能的收集、触觉感知等功能。该工作为对透明、可拉伸能源设备和柔性电子皮肤的研究提供了新的视角。该工作为对透明、可拉伸能源设备和柔性电子皮肤的研究提供了新的视角。

该STENG能产生高达145伏的开路电压,瞬时功率密度为35毫瓦/平方米。STENG具有广阔的市场前景。由于材料是生物兼容性好的水凝胶,它可以直接附着在人体皮肤上,驱动许多可穿戴的电子产品,如LED、电子手表等。该研究首次提出了一种超高可拉伸性和透明度的STENG,在智能人造皮肤、自驱动软件机器人、柔性显示屏和可穿戴电子设备中具有潜在的应用价值,因为它不会干扰光学信息的传递,同时具有能量收集和触摸感知。

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