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研究人员开发出新的软电子材料

2024-06-26 PHYS ORG

日本国立材料科学研究所(NIMS)、北海道大学和明治药科大学的研究人员团队开发出一种能够稳定地保持大量静电荷的凝胶驻极体。该团队随后将这种凝胶与高柔性电极相结合,制成一种能够感知低频振动(例如,人体运动产生的振动)并将其转换为输出电压信号的传感器。该设备可能被用作可穿戴医疗保健传感器。这项研究发表在《Angewandte Chemie International Edition》杂志上。

近年来,人们对开发柔软、轻质、发电材料的兴趣与日俱增,这些材料可用于医疗保健和机器人等各种用途的软电子设备。能够稳定保留静电荷的驻极体材料可用于开发无需外部电源的振动供电设备。

NIMS一直在牵头开发一种低挥发性室温烷基液体,它具有出色的电荷保持特性,可应用于其他材料(例如,通过涂漆和浸渍)并且易于成型。

然而,当这些液体与电极结合以制造柔性装置时,却很难固定和密封,从而导致泄漏问题。此外,还需要提高烷基液体的静电电荷保持能力,以提高其供电能力。

最近,研究小组通过在烷基π液体中加入微量低分子量凝胶剂,成功制造出烷基π凝胶。研究发现,这种凝胶的弹性存储模量是液体的4000万倍,而且可以通过固定和密封来简化。

此外,与基础材料(即烷基液体)相比,通过对这种凝胶充电获得的凝胶驻极体的电荷保持率提高了24%,这要归功于凝胶内部静电荷的限制得到了改善。随后,研究小组将柔性电极与凝胶驻极体结合在一起,创建了一个振动传感器。这种传感器能够感知频率低至17赫兹的振动,并将其转换成600毫伏的输出电压,比基于烷基π液体驻极体的传感器产生的电压高出83%

在未来的研究中,该团队的目标是通过进一步改善烷基凝胶的充电驻极体特性(即充电容量和充电寿命)和强度,开发出能够对细微振动和各种应变变形做出响应的可穿戴传感器。此外,由于这种凝胶作为振动传感器材料可回收和重复使用,它的使用有望促进循环经济的发展。


关键词: 凝胶驻极体   软电子   传感器   供电