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静电感应触觉传感器的开发
来源:赛斯维传感器网 发表于 2020/10/9

柔性底座上的可穿戴式触摸传感器。图片来源:韩国科学技术研究院(kist)

在物联网(iot)驱动的超连接世界中,可以随时随地发送和接收信号和信息的超微型,低功耗传感器和设备将成为人们生活中不可或缺的一部分。一个重要的问题是不断向连接到系统的无数电子设备供电。这是因为使用常规的充电和更换方法难以减小电池的尺寸和重量。


解决该问题的一种可能的方法是部署摩擦发电机。它们就像产生静电一样,通过从不同材料之间的接触感应出摩擦电,从而以半永久方式产生能量。


由李世基博士领导的韩国科学技术研究院(kist)的一组研究人员开发了一种触摸传感器,该传感器通过使结构易碎的二硫化钼将摩擦起电效率提高了40%以上。这项突破是与全北国立大学高级材料工程教授郑昌圭(chang-kyu jeong)合作的结果。


普通的摩擦发电机不能用于可穿戴电子设备,因为它们必须过大和沉重才能提高其发电能力。当前正在进行的研究涉及施加二维半导体材料,该材料原子薄且具有优异的物理性质作为产生摩擦电的活性层。


产生的摩擦电的强度根据两种接触材料的类型而变化。在过去的二维材料研究中,绝缘材料产生的电荷转移并不顺利,从而大大降低了摩擦电产生的能量输出。


在当前的研究中,联合研究小组调整了二维半导体二硫化钼(mos 2)的性质,并更改了其结构以提高摩擦发电效率。该材料在用于半导体制造过程中的强热处理过程中被弄皱,从而导致具有褶皱的材料受到内部应力的作用。这些皱纹会增加每单位面积的接触面积,并且所产生的表面弄皱的mos 2器件比扁平的mos 2器件产生的功率大40%左右。另外,即使在重复10,000次之后,在循环实验中摩擦电输出仍保持在稳定水平。


通过将皱缩的二维材料应用于触摸板或触摸屏显示器中使用的触摸传感器,联合研究团队提出了一种轻巧灵活的自供电触摸传感器,无需电池即可操作。具有高发电效率的这种类型的触摸传感器对刺激敏感,并且即使在低水平的力下也可以识别触摸信号,而没有任何电力。


kist的seoung-ki lee博士说:“控制半导体材料的内部应力在半导体行业是一种有用的技术,但这是首次涉及二维半导体材料的合成及其应用的材料合成技术。同时实现了内部应力的变化。它提出了一种通过将材料与聚合物结合来提高摩擦发电效率的方法,并且将作为基于两种材料的下一代功能材料开发的催化剂。三维物质。”


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