Genom att sträcka sig som ett gummiband till mer än 25 gånger sin ursprungliga längd, en ny nanogenerator har satt nytt töjbarhetsrekord. Den triboelektriska nanogeneratorns töjbarhet på 2 500 % representerar en signifikant ökning jämfört med de tidigare bästa värdena på cirka 1 000 %. Dessutom, enheten är den första triboelektriska nanogeneratorn som är helt tillverkad med 3D-utskrift.

Forskarna, inklusive Kaushik Parida, Gurunathan Thangavel, och Pooi See Lee vid Nanyang Technology University och Singapore-HUJ Alliance for Research and Enterprise (SHARE), har publicerat sina resultat på den mycket töjbara, helt 3D-printad triboelektrisk nanogenerator i ett färskt nummer av Naturkommunikation .

Triboelektriska nanogeneratorer (TENG) skördar energi från omgivande mekaniska rörelser, som att knacka med fingrar, och har potentiella tillämpningar som bärbara elektroniska enheter. Att göra TENG töjbara är svårt eftersom de två huvudskikten - det triboelektriska skiktet och ledaren - vanligtvis har olika elastiska egenskaper, så de tenderar att lossna efter upprepad stretching.

För att lösa detta problem, i den nya studien använde forskarna samma elastiska material (polyuretan akrylat, eller PUA) som bas för både det triboelektriska skiktet och polymermatrisen för ledaren. För att öka konduktiviteten, forskarna tillsatte också flytande metallpartiklar och silverflingor till ledaren. När nanogeneratorn utsätts för extrem sträckning, vätebindningarna i PUA bryts reversibelt och reformeras för att stödja den önskade sträckbarheten. På samma gång, de flytande metallpartikelskalen går sönder och frigör ledande flytande metall för att ge en förbindelse mellan de separerade silverflingorna i PUA-matrisen, så att enheten kan bibehålla en hög ledningsförmåga.

Forskarna visade också att nanogeneratorn kan skäras isär i separata bitar, och ändå nästan helt återfå sin ursprungliga prestanda efter en läkningsprocess bestående av 24 timmars uppvärmning.

Nanogeneratorn är också den första där alla komponenter skrevs ut med en 3D-skrivare. Tidigare, endast det triboelektriska lagret har 3D-printats, eftersom de flesta elastomeriska material har begränsad töjbarhet när de tillverkas med 3D-utskrift.

Med sin höga töjbarhet och konduktivitet, samt enkel tillverkning med 3D-utskrift, nanogeneratorn har potentiella tillämpningar som en energiskördare för små bärbara självdrivna elektronik, inklusive lysdioder och sensorer.

© 2019 Science X Network