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液态金属摩擦纳米料收获机身运动

2019年9月27日
研究人员开发了一种基于摩擦的传感器,由液态金属和聚合物层夹层组成,可以收集低频运动的能量,比如从身体上。

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对研究人员寻求收获“免费”能量的富有想象力的方式显然有很大限制,无论是方便的(如自来水)还是有点努力(少量的身体运动)。普渡大学的一支团队LED WHIHUO WU,RAVI和ELEANOR TALWAR RISING INDUSTRIAL ENGINETION的Star Assistant教授,通过摩擦和静电诱导在其核心用作纳米液中使用液体的多层换能器。它们还表明了即使具有低频运动的方法的有效性。

它们的液态金属纳入的摩擦纳米电磁体(LMI-Teng)结构具有一层液体金属嵌入式功能硅氧烷(Lmefs)夹在两个Ecoflex层内(图。1),每层的厚度约为100μm。(Ecoflex是一个非常强烈的,非常强大,低粘度,软硅橡胶;它可以拉伸到许多次的原始尺寸而不会撕裂,并将完全反弹。)

该3D示意图显示了LMI-teng的分层结构和组成材料。(来源:普渡大学)

LMI-teng具有氧化铟锡(ITO)背电极(ETO)和接地的铝基参考电极(RE)。通过使用机械搅拌方法制备LMEFS层,得到总加利坦的不同比例(共晶合金,其中组成比为68.5%镓,21.5%铟和10%重量),作为液态金属颗粒(LMP)Ecoflex有机硅。

在不同浓度的液态金属颗粒(lmp)下对合成结构进行了电压和电流测试。(图2),以及颗粒大小和形状的变化。他们还开发了几种理想的原子和电场模型来进行模拟和分析,然后对这些模型进行了广泛的修改,以适应LMI-TENG结构具有有限维度的现实。

2.显示是LMI-teng的电学表征,(i)LMI-TENGS开路电压的0%和50%(重量)之间的比较;(ii)短路电流密度;(iii)短路转移电荷密度。(来源:普渡大学)

这导致了他们对实际能量捕获机制的理解调整(图3)。额外的光学和原子显微镜测试用于检查各种细节水平和不同视角的材料。

3.考虑到表面泄漏电荷的效果:夹层电介质叠层(SDS)内的静电感应和电荷分布的示意图,观察到LMI-Teng的静电相互作用。电场的有限元分析(FEA)作为SDS(B)中的介电常数的函数的结果;LMI-teng(c)的改良腾腾的工作机制的插图。(来源:普渡大学)

虽然这些模型和分析加上相关的测试很重要,但它们缺乏戏剧性和天赋,所以团队设计了一个有形的演示。他们还想展示可伸缩的LMI-TENG收割机在低频(<1 Hz)下高效运行的能力,这对于人类集成应用以及从更大规模的机械能资源(如海浪)中进行收获是非常重要的。

为此,他们建造了一个可伸缩的无线媒体控制系统(MCS),(图4),有三个不同的LMI-TENG单元,连接到一个10位数据采集系统。该设备无需使用胶带即可舒适地粘附在人体皮肤上。该系统的信号被检测到,并将不同的手指动作编码成具有不同模式的电信号,然后用于远程计算机上的音乐播放器的无线控制。

4.本文测试了LMI-TENG的自供电用户界面应用:测试LMI-TENG的拉伸能力,使用Ag NW电极(a);可穿戴式LMI-TENG MSC的照片-插图显示测试系统和可穿戴式LMI-TENG MSC设备(b);媒体控制系统实现的不同用户界面功能对应的状态信号(c、d)。(来源:普渡大学)

完整的详细信息在他们的论文中“可穿戴高介电常数聚合物,核壳液态金属包裹体,用于生物力学能量收集和自供电用户界面“出现在材料化学学报A(可用的解锁版本这里)。还有额外的补充信息和可用的短视频这里

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