近年來(lái)，隨著柔性晶體管/集成電路、可拉伸光電器件、可折疊顯示屏和電子皮膚等各種革命性功能產(chǎn)品的大量涌現(xiàn)，柔性/可拉伸電子產(chǎn)品取得了飛速的發(fā)展。
這些產(chǎn)品對(duì)其供能設(shè)備則提出了更高的要求，希望其具有相當(dāng)?shù)娜犴g性和可拉伸性。然而，鮮有能源器件可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)柔韌性、高透明度和可拉伸性。另外，市場(chǎng)不斷增長(zhǎng)的可穿戴電子產(chǎn)品和植入式電子產(chǎn)品，要求其供能設(shè)備除柔韌性和可拉伸性之外，也需要同時(shí)具有良好的生物兼容性。
常規(guī)的電磁式發(fā)電機(jī)很難實(shí)現(xiàn)可拉伸性，而近來(lái)快速發(fā)展的摩擦納米發(fā)電機(jī)(TENG)則可滿足柔性電子設(shè)備的上述需求。近來(lái)報(bào)道的可拉伸摩擦納米發(fā)電機(jī)主要是采用碳納米管，石墨烯，銀納米線等導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)增強(qiáng)的彈性體聚合物。但是，這種材料的可拉伸性有限、且難以實(shí)現(xiàn)高透光度。相比之下，由親水聚合物網(wǎng)絡(luò)與水或離子水溶液構(gòu)成的水凝膠可同時(shí)實(shí)現(xiàn)透明、柔軟、生物相容性、和可拉伸性能，是開發(fā)柔性摩擦納米發(fā)電機(jī)的理想材料。
在中科院北京納米能源與系統(tǒng)研究所王中林院士和胡衛(wèi)國(guó)研究員的共同指導(dǎo)下，北京納米能源與系統(tǒng)研究所蒲雄等研究人員，將彈性體和離子水凝膠相結(jié)合，研制出了一種全新的仿皮膚式納米摩擦發(fā)電機(jī)(STENG)，該器件首次實(shí)現(xiàn)兼具高透明度(平均透光率，可見光96.2%)和超高可拉伸性(單軸應(yīng)變，1160%)，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)生物機(jī)械能收集、觸覺感知等功能。該工作為透明、可拉伸能源設(shè)備和柔性電子皮膚的研究提供了一個(gè)全新的視角，研究成果發(fā)表在近期的《ScienceAdvances》上(DOI:10.1126/sciadv.1700015)。
此STENG能夠產(chǎn)生高達(dá)145伏的開路電壓，瞬時(shí)功率密度為35毫瓦/每平方米。STENG具有廣闊的市場(chǎng)前景，由于材料選用的是生物兼容性好的水凝膠，它可以直接粘附在人體的皮膚上，驅(qū)動(dòng)許多可穿戴電子產(chǎn)品，如LED、電子手表等。該研究首次提出了一種具有超高可拉伸性和透明度的STENG，由于透明度高不會(huì)干擾光學(xué)信息的傳遞，同時(shí)兼具能量收集和觸摸感知，因此在智能人造皮膚，自驅(qū)動(dòng)軟體機(jī)器人，柔性顯示屏和可穿戴電子設(shè)備中有潛在的應(yīng)用價(jià)值。
圖1.透明、可拉伸STENG的結(jié)構(gòu)示意圖(a)、實(shí)物照片(b)和具有觸覺感知功能的STENG陣列式電子皮膚(c)。
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