Udvikling af en strækbar vibrationsdrevet enhed ved hjælp af en flydende elektret

NIMS og AIST udviklede et flydende elektretmateriale, der er i stand til semi-permanent at fastholde statisk elektricitet. De kombinerede efterfølgende dette materiale med bløde elektroder for at skabe den første bøjelige, strækbar vibrationsdrevet enhed i verden. Fordi denne enhed er meget deformerbar og i stand til at konvertere meget subtile vibrationer til elektriske signaler, det kan være anvendeligt til udvikling af sundhedsudstyr, såsom selvdrevne hjerteslag og pulssensorer.

Et elektretmateriale, der er i stand til semi-permanent at tilbageholde en elektrisk ladning, kan generere spænding, når dets afstand til den tilhørende elektrode ændres. På grund af denne ejendom, elektretmaterialer kan være anvendelige til udvikling af vibrationsdrevne (piezoelektriske) enheder og sensorer, der er i stand til at konvertere eksternt påført vibration og tryk til elektriske signaler. Imidlertid, konventionelle elektretmaterialer er faste eller i filmform, og som sådan er ufleksible og ude af stand til at deformeres til komplekse former, gør dem uegnede til brug i udviklingen af ​​bærbare hjerteslag- og pulssensorer. Der er derfor stor interesse i udviklingen af ​​bøjelige og strækbare vibrationsdrevne enheder, der kan bearbejdes til en række forskellige former og bruges som sådanne sensorer.

Denne forskergruppe beskyttede porphyrin - en organisk forbindelse - med en fleksibel, men alligevel isolerende struktur (dvs. forgrenede alkylkæder), hvorved der udvikles et flydende materiale ved stuetemperatur, som er i stand til stabilt at fastholde statisk ladning på porphyrinenheden. Gruppen udviklede efterfølgende en bøjelig og strækbar vibrationsdrevet enhed. Først, en højspænding blev påført dette flydende materiale, derved oplades det elektrisk. Det flydende materiale fik derefter lov til at opsuge i et strækbart tekstil, og det gennemblødte tekstil blev derefter lagt mellem blødt, polyurethanelektroder integreret med sølvbelagte fibre som ledningsmateriale. Når der trykkes på enhedens overflade med en fingerspids, den genererer en spænding i området ±100-200 mV og fungerer stabilt i mindst 1,5 måned.

I fremtidig forskning, gruppen håber at opnå sundhedspleje brug af denne enhed ved at forbedre evnen af ​​det flydende elektretmateriale til at bevare statisk elektricitet og foretage ændringer af de behandlingsteknikker, der anvendes på enheden. Gruppen vil også forfølge potentiel brug af denne vibrationsdrevne enhed som en strømkilde til IoT-enheder ved at kombinere den med et spændings-strømkonverteringssystem og en kondensator, etc.