2022-12-09 ペンシルベニア州立大学(PennState)
ペンシルベニア州立大学の研究者らは、摩擦電気ナノジェネレータ（TENG）の設計と性能を向上させるため、MXeneと呼ばれる多孔質二次元材料とレーザー誘起グラフェンフォームナノ複合体を組み合わせて、TENGが人間の皮膚や植物の葉などの動的表面上で伸縮し、性能を発揮できるような材料系を作製した。
研究者らは、この新しい設計を12月1日付の『Nano Energy』誌に発表しました。
TENGは、パーソナルトレーニングへの応用など、ユニークな用途が数多くある。「このデバイスは、ウェアラブルセンサーを使用しているトレーニーが、運動のために正しい位置にいるか、危険な方向に伸びたり動きすぎたりしていないかを、パーソナルトレーナーに知らせることができます」とCheng氏は述べています。「また、トレーニーがオーバートレーニングをしている場合にも警告を発することができます。
また、TENGは植物の葉のような変化する表面にも応用することができます。「一般的なセンサーは、葉の変化に合わせて成長したり、変形したりすることができません」とChengは言います。”このデバイスは、数日、数週間、数ヶ月、数年にわたり、継続的な自己発電により、葉とともに成長し、伸縮しながら使用することができます。”
TENGセンサーを観葉植物に適用すると、人が作り出す風を感知して、侵入者が通り過ぎるのを検知することができます。侵入者を検知すると、アラームが鳴ったり、家の明かりがついたりして、侵入者を抑止することができます。
また、水道の蛇口に取り付けて、水滴が落ちてくるのを検知することもできます。
＜関連情報＞
- https://www.psu.edu/news/engineering/story/combination-two-materials-creates-high-performance-stretchy-nanogenerator/
- https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2211285522008849
- https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894721059428
エネルギーハーベスティングおよびセルフパワーセンシングのための完全に伸縮する多孔性MXene-グラフェンフォームナノコンポジット Fully stretchable, porous MXene-graphene foam nanocomposites for energy harvesting and self-powered sensing
Li Yang,Chaosai Liu,Wenjing Yuan,Chuizhou Meng,Ankan Dutta,Xue Chen,Langang Guo,Guangyu Niu,Huanyu Cheng
Nano Energy Available online: 15 September 2022
DOI:https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.107807
Abstract
The growing demand for intelligent wearable electronic devices has spurred the rapid developments of high-performance deformable power supplies such as triboelectric nanogenerators (TENGs) with high output performance. However, the intrinsically stretchable TENGs especially those prepared with low-cost manufacturing approaches still suffer from poor performance. To address the challenge, this paper presents a fully stretchable TENG consisting of an intrinsically stretchable MXene/silicone elastomer and silver nanowires (Ag NWs)-graphene foam nanocomposite. The intrinsically stretchable TENG exhibits high output performance (voltage, current, and power of 73.6 V, 7.75 μA, and 2.76 W m−2), long-term reliability, and stable electrical output under various extreme deformation conditions. In addition to the application on the human skin and clothing for human motion monitoring and detecting the strength training postures, the intrinsically stretchable TENG can also harvest the intermittent mechanical energy from human bodies to charge various energy storage units such as commercial capacitors for driving wearable electronic devices. The resulting systems have been demonstrated in applications from home anti-theft to water resources early warning systems, which provide the proof-of-the-concept demonstrations for the next-generation standalone device platforms.
超疎水性を持続する耐湿性MXene-アルギン酸ナトリウムスポンジによる人間活動モニタリングの実現 Moisture-resistant MXene-sodium alginate sponges with sustained superhydrophobicity for monitoring human activities
Yangchengyi Liu,Zhong Sheng,Jielong Huang,Weiyi Liu,Hongyan Ding,Jinfeng Peng,Bowen Zhong,Yuhui Sun,Xiaoping Ouyang,Huanyu Cheng,Xiufeng Wang
Chemical Engineering Journal Available online :28 December 2021
DOI:https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.134370
Abstract
Wearable mechanical sensors are susceptible to moisture, causing inaccuracy for monitoring human health and body motions. Although the superhydrophobic barrier on the sensor surface has been extensively explored as a passive water repel strategy, the dense superhydrophobic surface often has limited flexibility and inevitably degradates in high humidity or saturated water vapor environments due to the nucleation and growth of small size water molecules. This work reports a superhydrophobic MXene-sodium alginate sponge (SMSS) pressure sensor with efficient low-voltage Joule heating to provide sustained superhydrophobicity for moisture-resistant sensing. The superhydrophobic surface on the outside can repel large size water droplets, whereas the Joule heating efficiently removes small size water droplets and significantly reduces water molecule adsorption throughout the sponge. Because of the sustained superhydrophobic barrier and high porosity in the sponge, the SMSS pressure sensor with high sensitivity, large sensing range, and quick response can accurately and reliably function and monitor varying biophysical signals even in extreme use scenarios with high humidity or water vapor environments.
