纖維狀摩擦納米發(fā)電機(jī)可用于生物力學(xué)監(jiān)測(cè)

據(jù)報(bào)道，中科院北京納米能源與系統(tǒng)研究所王中林院士等人通過將銀納米線/碳納米管導(dǎo)電材料和封裝的聚二甲基硅氧烷有序地沉積到可拉伸的氨綸纖維上，制備了直徑為0.63 mm的高度柔性、可伸縮的同軸結(jié)構(gòu)纖維狀摩擦納米發(fā)電機(jī)。作為一種自供電的多功能傳感器，合成的復(fù)合纖維可以將機(jī)械刺激轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，而不會(huì)影響正常的人體活動(dòng)。此外，F(xiàn)-TENG可以很容易地集成到紡織品中，作為觸覺傳感器，可以繪制實(shí)時(shí)的觸覺軌跡和壓力分布。

該研究中直徑為0.63 mm的可拉伸F-TENG是通過三步涂覆方法制成的。首先將銀納米線（Ag NWs）沉積到可拉伸的氨綸纖維基材上。為了進(jìn)一步提高電導(dǎo)率和穩(wěn)定性，然后將碳納米管（CNT）溶液浸涂在準(zhǔn)備好的纖維上。CNT 覆蓋了Ag NW的表面以及它們之間的孔隙。隨后通過聚二甲基硅氧烷（PDMS）將復(fù)合纖維包封以形成同軸結(jié)構(gòu)。F-TENG 在拉伸后可保持完整無損，應(yīng)變可高達(dá)140%，也可以打結(jié)并折疊成各種形狀。

為了研究F-TENG的壓力敏感性，研究人員研究了電輸出和加載力之間的關(guān)系，得知電壓和電流隨著壓力的增加而增加。基于F-TENG的出色靈活性和高感測(cè)功能，研究人員開發(fā)了一種自供電的人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)器。例如，將F-TENG 縫在襪子的腳跟上，當(dāng)測(cè)試儀行走或奔跑時(shí)，腳與地面之間的周期性接觸間隔會(huì)產(chǎn)生周期性的電信號(hào)。根據(jù)這些電信號(hào)，可以了解人體的運(yùn)動(dòng)行為并記錄步數(shù)。此外，作者制造了基于F-TENG的觸覺傳感器，它結(jié)合了F-TENG的傳感性能和織物的柔性。當(dāng)觸覺傳感器被觸摸時(shí)，觸覺傳感器將產(chǎn)生輸出電壓信號(hào)。這些信號(hào)可以通過專門開發(fā)的數(shù)據(jù)分析和處理軟件顯示實(shí)時(shí)結(jié)果。當(dāng)手指觸摸觸覺傳感器時(shí)，計(jì)算機(jī)屏幕會(huì)實(shí)時(shí)顯示電壓信號(hào)，通過觀察顏色的變化，還可以識(shí)別觸摸位置。綜上所述，基于F-TENG的觸覺傳感器有望成為自供電、透氣、可靠和舒適電子皮膚的候選對(duì)象，在壓力跟蹤和多點(diǎn)觸控設(shè)備中具有廣闊的應(yīng)用前景。