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《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。

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  • 《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。
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  • 《柔性摩擦纳米发电机与柔性电池集成构筑可穿戴的自充电电源组》
    • 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：2018-08-23
    • 柔性电子器件，例如可穿戴器件、电子皮肤和智能传感器等，由于其独特的柔性以及高效、低成本制造工艺受到了各界的瞩目。为了实现全面的柔性，柔性的储能系统不可或缺。在各种储能装置中，锂离子电池(LIB)由于其高能量密度和良好的可循环性是便携式电子产品的最佳选择之一。然而，传统LIB是刚性的，难以与柔性电子器件兼容。因此，应优化集电器、电解液和包装，以符合柔性器件的需求。最近，摩擦纳米发电机(TENGs)因其收集机械能并将其转化为电能而备受关注。TENG可以从日常人体运动中获取能量，为LIB等储能设备提供能量。研究人员已经将TENG与各种储能装置集成以形成自供电系统。 成果简介 近日，中国科学院北京纳米能源与系统研究所王中林院士、孙春文研究员、西班牙马德里材料研究所José Antonio Alonso教授(共同通讯作者)等将柔性摩擦纳米发电机(TENG)与柔性电池集成构筑可穿戴的自充电电源组，并在Nano Energy上发表了题为“Structural and Electrochemical Properties of LiMn0.6Fe0.4PO4 as a Cathode Material for Flexible Lithium-ion Batteries and Self-charging Power Pack”的研究论文。作者首先通过中子粉末衍射(NPD)技术研究了Fe掺杂对LiMnPO4(LMP)结构的影响。所制备的LiMn0.6Fe0.4PO4/碳(LMFP/C)材料在1C的电流密度下显示出90 mAh·g-1的较高比容，是LiMnPO4/C的约5倍，其具有1000次循环以上的出色循环性能。电化学性能的改善应归因于(Mn,Fe)O6的较高八面体畸变以及LMFP中锂的各向异性椭球较少而易于Li扩散。之后，作者进一步组装了具有LMFP/C正极和原位聚合电解质的柔性LIB，其表现出优异的柔韧性和可循环性。弯曲300次后，电池没有明显的性能下降。最后，作者将柔性摩擦电纳米发电机(TENG)与柔性电池集成，形成可穿戴的自充电电源组。TENG可以收获机械能并将其转换成电能，为电池充电进而为柔性电致变色膜提供能量。通过每日人体运动，柔性LIB的开路电压(VOC)在约20 min内从3.32V增加到3.51V。 作者利用NPD技术系统地研究了Fe掺杂对LMP晶体结构的影响。LiMn0.6Fe0.4PO4在1000次循环中表现出优异的循环性和良好的倍率性能，没有明显的性能下降。通过在PI基底上使MMA充分聚合，开发出具有宽电化学窗口的类固态电解质。此外，作者采用LiMn0.6Fe0.4PO4正极和PMMA-PI电解质制备柔性LIB，具有出色的柔韧性和循环性。电池可以在各种变形状态下良好地工作数百个循环。最后，作者将柔性TENG与柔性LIB集成在一起，展示了可穿戴式自充电电源组。TENG通过人体运动成功地为柔性LIB充电，证明了上述自供电系统为可穿戴电子器件供电的可行性。 文献链接：Structural and Electrochemical Properties of LiMn0.6Fe0.4PO4 as a Cathode Material for Flexible Lithium-ion Batteries and Self-charging Power Pack (Nano Energy, 2018, DOI: 10.1016/j.nanoen.2018.08.007)
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