En genomskinlig, töjbar triboelektrisk nanogenerator (TENG) med yta upp till 12 cm x 12 cm och uteffekt 8 watt per kvadratmeter, har insetts av forskare från Nagoya University med en tunn film av kolnanorör (CNT-film) som en av TENG:s elektroder. CNT-filmen formades med en enkel kostnadseffektiv och skalbar spraybeläggningsmetod, och tillämpade, som proof-of-concept, till självförsörjande optiska trådlösa kommunikationsark och handskar som också driver blå lysdioder. Arbetet redovisades i tidskriften Nanoenergi .

Bärbara enheter, som smartklockor och aktivitetsspårare, har många användbara funktioner inklusive informationsvisning och biologisk informationsavkänning. Mer än en halv miljard används redan över hela världen, inom ett brett spektrum av applikationer som sport, sjukvård, och det mänskliga Internet of Things (IoT) – och detta kommer att öka drastiskt när 5G-telekomrevolutionen blommar ut fullt ut. För närvarande, nästan alla sådana enheter drivs av uppladdningsbara batterier, som är relativt skrymmande och kräver en hel del tid för laddning. Dessutom, de vanligt använda Li-ion-batterierna möter också miljöproblem. Tänk om strömkällan för bärbara enheter inte alls var ett batteri, men ett töjbart material som följer kroppens rörelse, och är liten och lätt för användarkomfort? Teknik för energiskörd som omvandlar små mängder omgivande energi till elektrisk energi kan utgöra ett alternativ till batterier för att driva bärbara enheter.

Förstående, töjbara elektroniska enheter har tilldragit sig mycket forskning och kommersiell uppmärksamhet nyligen. Bärbara energiskördare måste inte bara vara flexibla utan även töjbara för att följa kroppens tredimensionella kroppsrörelse. Dessutom, de måste leverera tillräcklig kraft för att driva en mängd olika elektroniska enheter. Dock, Uteffekten från skördare är för närvarande inte tillräcklig för att göra töjbar triboelektrisk generering praktisk.

En forskargrupp från Nagoya University har övervunnit problemet med töjbarhet och låg uteffekt. Som första författare, biträdande professor Masahiro Matsunaga, av Institute of Materials and Systems for Sustainability vid Nagoya University, förklarar, "Vi har realiserat en transparent och töjbar triboelektrisk nanogenerator (TENG) som kan följa mänskliga rörelser genom att använda en tunn film av kolnanorör (CNT-film) som en elektrod för TENG. Den tillverkade TENG har en enkel struktur:en CNT-film är inklämd inuti en polydimetylsiloxan (PDMS) elastomer. Den har en transparens på över 90 %."

När ytan på TENG berörs, TENG omvandlar mekanisk energi till elektricitet genom en process som kallas "kontaktelektrifiering" och elektrostatisk induktion. CNT-filmen är gjord med en enkel spray-beläggningsmetod, vilket är kostnadseffektivt och skalbart. Forskargruppen vid Nagoya University kan tillverka en stor TENG med en yta på upp till 12 cm x 12 cm. Dessutom, använda en plasmabehandling under tillverkningen, den riktiga, realiserad effekttäthet för TENG är upp till 8 watt per kvadratmeter.

Som ett proof-of-concept, Nagoya University-teamet visade användbarheten av den nya TENG genom att använda den för att göra självdrivna optiska trådlösa kommunikationsark, och handskar där blå ljusemitterande dioder (LED) var inbäddade i TENG och kopplade med CNT-filmer.

Professor Matsunaga förklarar vidare:"För kommunikationsbladen, vi formade tre separerade elektroder och ledningar med lysdioder i olika färger i arket. Arket kan skicka olika optiska signaler beroende på typen av beröring – tryck eller svep."

"För att göra handsken, vi fäste TENG på handflatan, och använde en CNT-kabel för att ansluta den till blå lysdioder inbäddade på handens baksida. Handsken kan driva lysdioder med handklappar. Handsken kan tas på och av utan att skada funktionaliteten på grund av CNT-filmernas töjbarhet och hållbarhet."

Den nya tekniken för att göra relativt hög uteffekt, töjbara och flexibla kraftgeneratorer kan vara det första steget i att minska vårt beroende av uppladdningsbara batterier för bärbara enheter.