《新款可穿戴设备利用膝盖弯曲发电》

  • 来源专题:科技大数据监测服务平台
  • 编译者: zhoujie
  • 发布时间:2019-07-23
  • 新款可穿戴设备利用膝盖弯曲发电. 中国科研人员在新一期美国《应用物理通讯》杂志上发表论文说,他们开发出一种可穿戴在腿上的发电设备,通过捕获人行走时膝盖弯曲产生的动能发电,有望用于为可穿戴健康监测仪等供电。 中国香港中文大学机械与自动化工程系教授廖维新及其团队利用压电纤维材料和连杆,设计出含有类似发动机曲柄结构的设备,该设备重量只有307克。它被穿戴在腿上后,可捕获人体行走时膝盖自然弯曲产生的动能,并转换为电能。 穿戴这种设备的人以每小时4公里的速度行走时,设备输出功率为1.6微瓦特。研究人员对比了受试者穿戴与不穿戴这种设备行走时的呼吸状况,认为穿戴这种设备步行不需要额外出力。 此前一些可穿戴的能量采集设备利用人行走时带来的震动发电,效率较低。廖维新说,人的步行频率很慢,从震动中收集能量的效率较低,而此次研发的设备利用膝盖弯曲产生的动能发电,绕过了这一限制。 研究人员认为,新的人体动能采集技术有望促进可穿戴设备发展,使可穿戴健康监测仪等实现“自供电”,使用者可以摆脱经常需要充电带来的不便。

相关报告
  • 《可弯曲的微型 LED重塑未来可穿戴技术》

    • 来源专题:光电情报网信息监测服务平台
    • 编译者:husisi
    • 发布时间:2020-09-04
    • 来自得克萨斯大学达拉斯分校(University of Texas at Dallas)的研究人员和他们的国际同事已经开发出一种制造微型LED的方法, 它可以折叠、扭曲、切割并粘在不同的衬底上。这个技术旨在满足对柔性可穿戴电子产品的需求。 Moon Kim是来自达拉斯分校材料科学与工程系的杰出教授, 同时也是这项研究的主要作者。Moon Kim说:“这项研究的最大好处是,我们创造了一个可拆卸的LED,它几乎可以连接到任何物体上面。你可以把它转移到你的衣服,甚至橡胶上面 。这是这项研究的主要思想。即使它被折叠也不被损坏。如果你切割它,你仍然可以使用一半的LED。” 研究人员通过一种称为远程外延技术开发了这种灵活LED,该技术可以在蓝宝石晶圆衬底上生长一层薄薄的LED晶体。研究人员在衬底上添加了一个不粘层,不粘层可使LED可从晶圆上分离。不粘层由石墨烯组成,它的作用类似于用羊皮纸保护烤盘, 这样可以轻松把烤好的饼干拿下来。 Kim说:“石墨烯不会与LED材料发生化学结合,它只是一层中间层,我们能够从晶圆上剥离LED并将它粘在任何表面。”来自韩国的合作人员在实验室对LED进行了测试,他们将LED粘附在弯曲的表面,随后被扭曲、弯曲以及折叠。在另一个演示中,他们把这种LED粘在了一个乐高人物的腿上,乐高人物摆出了不同的腿部姿势。Kim说弯曲和切割不会影响LED的质量或电学性能。 弯曲的LED 具有多种潜在的用途,包括柔性照明、服饰和可穿戴生物医学设备。从制造的角度来看,制备工艺提供了另一个优势。由于 LED 可以在不破坏底层晶圆衬底的情况下拆卸,因此晶圆可以重复使用。研究人员正在努力将制备工艺应用于其他类型的材料。
  • 《3D打印一体定制面向可穿戴电子设备的纳米摩擦发电机》

    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2018-11-23
    • 东华大学材料科学与工程学院游正伟教授 - 俞昊教授合作团队在纳米摩擦发电机领域取得重要进展,相关研究成果以《 3D 打印一体定制弹性可持续的面向可穿戴电子设备的纳米摩擦发电机》( A single integrated 3D-printing process customizes elastic and sustainable triboelectric nanogenerators for wearable electronics )为题,作为封底发表于国际材料学著名期刊《 Advanced Functional Materials 》。东华大学材料学院博士生陈硕,博士后黄涛系共同第一作者,游正伟教授为通讯作者。该工作电学性能测试与俞昊教授团队合作完成。同时得到了莫秀梅教授、吴琪琳教授、何创龙教授和朱波教授的大力支持。论文链接: http://dx.doi.org/10.1002/adfm.201805108 纳米摩擦发电机( TENG )是由佐治亚理工学院王中林院士于近年提出的将环境机械能高效转化为电能的技术。这种新兴的技术为利用生物机械能构建自驱动可穿戴电子设备提供了一种全新的解决方案。但是目前 TENG 的通常需要各部分分别制备然后组装,较难构筑不规则形状,限制了其应用。 为了解决这一难题,游正伟教授团队基于新近发展的热固性材料 3D 打印新技术( Mater. Horiz., 2018, DOI: 10.1039/C8MH00937F ),构筑了具有三维立体多孔结构的纳米摩擦发电机( 3DP-TENG )。该 3DP-TENG 利用聚癸二酸甘油酯( PGS )为热固性弹性基材和一种摩擦材料,碳纳米管( CNTs )分散其中构成导电网络和另外一种摩擦材料。制备中以 PGS 预聚物、 CNTs 和盐粒为打印墨水。其中盐粒是关键,作为增强剂保证打印固化成型,同时作为致孔剂获得了多孔结构,每个微孔相当于一个纳米摩擦发电机。当被挤压时,微孔上下管壁接触, PGS 和 CNTs 之间由于对电子束缚能力的不一样,在接触时二者间发生电荷转移。由于 3DP-TENG 是弹性的,因此外力撤去时,微孔恢复原状,电荷被分离在上下管壁的 PGS 和 CNTs 中,从而在 CNT 与大地之间产生电势差,加上外导线就构成了电流。大量的微孔协同工作,从而获得了良好的摩擦发电效能 由于是 3D 打印一体成型, 3DP-TENG 可以根据需要方便地定制。研究团队依人体工学打印了三维鞋垫,穿上步行时可以有效点亮 LED 灯和对电子表进行充电。而 3D 打印的 “ 指环 ” 状器件则可以根据输出的电信号,方便地监控手指的弯曲,感知弯曲的频率和角度。 该工作还有一个突出的亮点是该 3DP-TENG 是一个全生命周期环境友好型的电子设备。基体材料聚合物 PGS 由生物基的癸二酸和甘油缩聚而得,利用增材制造构筑,原材料得到充分利用; PGS 具有良好的生物降解性能,使用后可以完全降解为生物相容的癸二酸和甘油, CNTs 则可以方便地回收再利用,性能保持不变。 该项研究发展了一种新颖的策略,实现了纳米摩擦发电机的 3D 打印一体成型。可以根据需要打印各种形状,在可穿戴设备上具有广阔的应用前景。该工作获得了国家自然科学基金和上海市自然科学基金等项目资助。