可穿戴的能量收获压电片

在《华尔街日报》最近发表的一篇文章ACS能源字母,研究人员讨论了使用skin-adherent体力放大压电片与仿生等级排列“microsuckers”。

研究:顺从地Skin-Adherent压电片与Bioinspired等级排列Microsuckers使体力放大。图片来源:metamorworks / Shutterstock.com

背景

可佩带的电子设备,可以穿在或连接到人体皮肤最近收到了很多buzz等行业对其潜在用途的医疗、能源、机器人技术和生物医学应用程序。然而,这些设备短期电力供应问题,需要复杂的电力系统和频繁的充电。

最近,一个充电电子产品技术的使用自供电的能量收集技术已成为一种选择。适应压电和摩擦电原理,技术正在开发创建一个轻量级的,薄,和自供电的可穿戴设备产生能量主要通过物理身体的动作,如血管流动,脉搏,闪烁,和关节运动。

扫描电镜的图像h-OP补丁。(总厚度:~ 1.3毫米)。图片来源:金,D et al ., ACS能源信件

最近的研究集中在对嵌入式应用程序可以使无铅压电材料的生物相容性。欧洲杯足球竞彩然而,没有研究了如何提高发电效率的可穿戴设备通过解决皮肤粘连。

化工胶粘剂可用于实现高水平的皮肤的依从性。然而,他们可能不是一致的,他们可能很少引起皮肤伤害。因此,干燥粘合剂与可重复的程序和高透气性可以防止后续的皮肤损伤,使其发展的基本皮肤附件设备和衣物。吸入室的新创建的凸结构展示了非凡的粘附能力干,湿和不均匀的表面。

关于这项研究

在这项研究中,作者讨论了发展等级排列octopus-inspired模式(h-OP)压电复合块设备。分离行为与bending-induced应力分布进行了使用有限元方法模拟。

研究者报告的有效性可穿戴的能量收集装置的公司坚持皮肤增加相应的发电效率。因为持续的生物之间的界面粘附皮肤和可穿戴式压电复合片,分层次octopus-inspired构造模式应用于提高能源效率。

团队讨论skin-adhesive和可穿戴的能量采集块设备的发展,结合柔性聚合物复合层。两岸的提议发电聚合物复合K_0.5Na_0.5NbO₃(资讯)粒子填充剂、炭黑(CB)的聚合物复合电极被加入。

h-OP当时产生的能量采集装置的skin-engaging表面。吸水室的面积是最大化结合六角形阵列的大octopus-inspired设计有一个高300μm, 300μm间距,直径300μm,和小octopus-based模式有一个直径30μm间距30μm, 30μm的高度。

荧光显微镜的横断面图像排干水的边缘dome-like突起结构补丁之前和之后的运维应用预加载。图片来源:金,D et al ., ACS能源信件

观察

在干燥和潮湿的情况下,输出电压是稳步增加弯曲角增加时从0°- 90°。由于吸入压力影响,正常的附着力h-OP补丁大于7 N /厘米²也是八倍在干燥条件下平面的补丁。

由于其dome-like架构,跳生成的界面粘附的生产液体分子间的凝聚力量,它允许对湿附着力强的皮肤。改进附着力允许有效的能源压力下由于身体的运动。h-OP设备生成的三倍的能量没有模式实现自己的手腕弯曲90°时,证明了稳定的附着力和伟大的能源发电效率即使在滋润皮肤。

相比平补丁90°弯曲手腕,运维的补丁有三倍的发电能力。此外,OP的防水胶的性质使它在潮湿的条件下使用。因为protuberance-like结构内部的室增加吸入压力由于其结构特点,h-OP补丁有杰出的湿和干性皮肤表面的粘附性能。

可穿戴的补丁可以收获电能通过有效地传输人类运动所产生的动能,由于其稳定的界面粘附在皮肤上。

F (a)猪皮的准备(3厘米x 3厘米)移植从干燥相对湿度(~ 50%)出汗的条件。在这里,200μL DI水应用到干猪皮和整个表面均匀。(b)扯下附着力试验与猪皮贪污使用定制的设备。2020欧洲杯下注官网图片来源:金,D et al ., ACS能源信件

结论

在结论,本研究讨论了发展的层次与skin-attachable皮肤补丁octopus-inspired模式和水阻力来实现放大能量输出在可穿戴压电复合补丁。使用发电资讯粒子组成的压电复合填料和聚二甲基硅氧烷(PDMS)矩阵,传统的结构化的发电机。可穿戴和skin-attachable能源或者传感器设备可以受益于KNN-PDMS压电复合材料。高坚持干燥和潮湿的环境中提供的压电复合片分层OP。

几何参数和材料特征被用来评估分层吸水力的行动。这是演示了补丁可以用来制造自供电的能量收获设备skin-adhesive和防水。尽管一再进行分离,该补丁保留良好的依从性,并演示了能源生产来自人体的关节运动不需要化学粘合剂。虽然KNN-based复合压电能量收集的能源发电补丁在5μw范围,它是将工作作为自己生殖来源为小型无线电子设备。

源

金,d . W。金,H。、黄g t。,等。顺从地Skin-Adherent压电片与Bioinspired等级排列Microsuckers使体力放大。ACS能源信件1820 - 1827 (2022)。https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.2c00259

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