Die Popularität tragbarer Elektronik hat die Nachfrage nach ihren Teilen, einschließlich Stromquellen wie triboelektrischen Nanogeneratoren (TENGs), erhöht. Solche Stromquellen müssen sowohl dehnbar als auch leistungsstark sein und über Stunden hinweg verschiedenen Verformungsbedingungen standhalten.
Um das Design und die Leistung von TENGs zu verbessern, kombinierten Forscher der Penn State ein poröses 2D-Material, bekannt als MXene, und einen laserinduzierten Graphenschaum-Nanokomposit, um ein Materialsystem zu bilden, das es einem TENG ermöglicht, dehnbar zu sein und auf dynamischen Oberflächen wie z menschliche Haut oder das Blatt einer Pflanze.
Die Forscher veröffentlichten ihr neuartiges Design am 1. Dezember in Nano-Energie.
„Mit der Kombination der beiden Materialien kann sich das TENG unter verschiedenen Verformbarkeitsgraden dehnen, während es weiterhin kinetische Bewegung zum Antrieb des Geräts nutzt“, sagte Huanyu „Larry“ Cheng, James L. Henderson, Jr. Memorial Associate Professor of Engineering Naturwissenschaften und Mechanik am Penn State College of Engineering.
Die Arbeit baut auf früheren Forschungen auf, die sich selbst versorgende Superkondensatoren für den Einsatz in tragbaren Sensoren etablierten, aber in der Vergangenheit waren die TENGs laut Cheng nicht von Natur aus dehnbar. Möglich machen das die porösen MXene-Graphen-Schaum-Nanokomposite.
Das TENG verfügt über eine Reihe einzigartiger Anwendungen, darunter auch für den Einsatz im Personal Training.
„Das Gerät kann einem Personal Trainer mit Hilfe eines tragbaren Sensors signalisieren, ob sich sein Auszubildender in der richtigen Position für eine Übung befindet oder sich zu weit in eine gefährliche Richtung streckt oder bewegt“, sagte Cheng. „Es kann den Trainer auch warnen, wenn sein Auszubildender zu viel trainiert.“
Das TENG kann auch auf wechselnden Oberflächen wie einem Pflanzenblatt aufgetragen werden.
„Typische Sensoren können nicht mit der sich verändernden Natur eines Blattes wachsen oder sich verformen“, sagte Cheng. „Dieses Gerät kann über Tage, Wochen, Monate oder Jahre verwendet werden, während es wächst und sich mit dem Blatt dehnt, mit kontinuierlicher Selbstversorgung.“
Wenn ein TENG-Sensor an einer Zimmerpflanze angebracht wird, kann er einen Eindringling erkennen, indem er den Wind wahrnimmt, den die Person erzeugt. Der Sensor kann dann ein Alarmsystem auslösen oder Lichter im Haus einschalten, um den Eindringling abzuschrecken.
Der Sensor kann auch an einem Wasserhahn angebracht werden und kleine Tröpfchen erkennen, wenn sie fallen.
„Es kann helfen, Energie und Ressourcen zu sparen, indem es einen Benutzer auf ein Leck aufmerksam macht“, sagte Cheng.
Mehr Informationen:
Li Yang et al, Vollständig dehnbare, poröse MXene-Graphen-Schaum-Nanokomposite für die Energiegewinnung und energieautarke Sensorik, Nano-Energie (2022). DOI: 10.1016/j.nanoen.2022.107807