Udvikling af haptisk berøringssensor, der fungerer ved statisk elektricitet

Super-mikro, laveffekt sensorer og enheder, der kan sende og modtage signaler og information når som helst, hvor som helst vil blive en integreret del af folks liv i en hyperforbundet verden drevet af tingenes internet (IoT). Et vigtigt spørgsmål er løbende at levere elektricitet til de utallige elektroniske enheder, der er tilsluttet systemet. Dette skyldes, at det er svært at reducere størrelsen og vægten af ​​batteriet ved at bruge den konventionelle måde at oplade og udskifte det på.

En mulig løsning på dette problem er implementering af triboelektriske generatorer. Disse genererer energi på en semipermanent måde ved at inducere triboelektricitet fra kontakt mellem forskellige materialer, ligesom der produceres statisk elektricitet.

Et team af forskere med Korea Institute of Science and Technology (KIST) ledet af Dr. Seoung-Ki Lee har udviklet en berøringssensor, der øger triboelektrificeringseffektiviteten med mere end 40 % via krøllestruktureret molybdændisulfid. Dette gennembrud er resultatet af et samarbejde med Chang-Kyu Jeong, professor i avanceret materialeteknik ved JeonBuk National University.

Generelle triboelektriske generatorer kunne ikke bruges til bærbare elektroniske enheder, da de skulle være for store og tunge for at øge deres kapacitet til at generere tilstrækkelig elektricitet. Der er i øjeblikket undersøgelser i gang, der involverer anvendelse af et todimensionelt halvledermateriale, der er atomisk tyndt og har fremragende fysiske egenskaber som et aktivt lag til at generere triboelektricitet.

Intensiteten af ​​den genererede triboelektricitet varierer afhængigt af typen af ​​to materialer, der kommer i kontakt. I tidligere undersøgelser med todimensionelle materialer, overførslen af ​​elektriske ladninger med det isolerende materiale skete ikke glat, sænker produktionen af ​​energi produceret fra triboelektricitet væsentligt.

I den aktuelle undersøgelse, det fælles forskerhold justerede egenskaberne af molybdændisulfid (MoS ₂ ), en todimensionel halvleder, og ændrede dens struktur for at øge effektiviteten af ​​triboelektricitetsgenerering. Materialet blev krøllet under en stærk varmebehandlingsproces, der anvendes i en halvlederfremstillingsproces, hvilket resulterede i et materiale med rynker, hvorpå der er påført indre belastninger. Disse rynker øger kontaktarealet pr. arealenhed, og den resulterende overflade-krøllede MoS ₂ enheden kan generere omkring 40 % mere strøm end en flad modpart. Derudover triboelektricitetsoutputtet blev holdt på stabile niveauer i et cyklisk eksperiment selv efter 10, 000 gentagelser.

Ved at påføre det sammenkrøllede todimensionelle materiale på en berøringssensor som dem, der bruges i touchpads eller berøringsskærme, det fælles forskerhold kom med en let og fleksibel selvdrevet berøringssensor, der kan betjenes uden batteri. Denne type berøringssensor med høj effektgenereringseffektivitet er følsom over for stimulering og kan genkende berøringssignaler selv ved et lavt kraftniveau, uden nogen form for strøm.

Dr. Seoung-Ki Lee fra KIST sagde, "Kontrol af den indre spænding af halvledermaterialet er en nyttig teknik i halvlederindustrien, men dette var første gang, at en materialesynteseteknik, der involverer syntese af et todimensionalt halvledermateriale og påføring af indre spænding på samme tid, blev implementeret... Det præsenterer en måde at øge effektiviteten af ​​triboelektricitetsgenerering ved at kombinere materialet med en polymer, og det vil tjene som en katalysator for udviklingen af ​​næste generations funktionelle materialer baseret på todimensionelle stoffer."