Super-mikro, lågeffektsensorer och enheter som kan skicka och ta emot signaler och information när som helst, var som helst kommer att bli en integrerad del av människors liv i en hyperuppkopplad värld som drivs av Internet of Things (IoT). En viktig fråga är att kontinuerligt leverera el till de otaliga elektroniska enheter som är anslutna till systemet. Detta beror på att det är svårt att minska storleken och vikten på batteriet med det konventionella sättet att ladda och byta det.

En möjlig lösning på detta problem är utbyggnad av triboelektriska generatorer. Dessa genererar energi på ett semipermanent sätt genom att inducera triboelektricitet från kontakt mellan olika material, precis som statisk elektricitet produceras.

Ett team av forskare med Korea Institute of Science and Technology (KIST) ledd av Dr. Seoung-Ki Lee har utvecklat en beröringssensor som förbättrar triboelektrifieringseffektiviteten med mer än 40 % via skrynklig strukturerad molybdendisulfid. Detta genombrott är resultatet av ett samarbete med Chang-Kyu Jeong, professor i avancerad materialteknik vid JeonBuk National University.

Generella triboelektriska generatorer kunde inte användas för bärbara elektroniska enheter eftersom de skulle behöva vara överdrivet stora och tunga för att öka sin kapacitet för att generera tillräckligt med elektricitet. Det pågår för närvarande studier som involverar applicering av ett tvådimensionellt halvledarmaterial som är atomärt tunt och har utmärkta fysikaliska egenskaper som ett aktivt lager för att generera triboelektricitet.

Intensiteten hos den genererade triboelektriciteten varierar beroende på typen av två material som kommer i kontakt. I tidigare studier med tvådimensionella material, överföringen av elektriska laddningar med isoleringsmaterialet skedde inte smidigt, avsevärt sänka produktionen av energi som produceras från triboelektricitet.

I den aktuella studien, det gemensamma forskarteamet justerade egenskaperna hos molybdendisulfid (MoS ₂ ), en tvådimensionell halvledare, och ändrade dess struktur för att öka effektiviteten för triboelektricitetsgenerering. Materialet skrynklades under en stark värmebehandlingsprocess som appliceras i en halvledartillverkningsprocess, vilket resulterade i ett material med rynkor som påförts inre stress. Dessa rynkor ökar kontaktytan per ytenhet, och det resulterande ytkrympade MoS ₂ enheten kan generera cirka 40 % mer kraft än en platt motsvarighet. Dessutom, triboelektricitetseffekten bibehölls på jämna nivåer i ett cykliskt experiment även efter 10, 000 repetitioner.

Genom att applicera det skrynkliga tvådimensionella materialet på en peksensor som de som används i pekplattor eller pekskärmar, det gemensamma forskarteamet tog fram en lätt och flexibel självdriven touchsensor som kan drivas utan batteri. Denna typ av beröringssensor med hög effektgenereringseffektivitet är känslig för stimulering och kan känna igen beröringssignaler även vid låg kraftnivå, utan någon elektrisk kraft.

Dr Seoung-Ki Lee från KIST sa, "Att kontrollera den inre spänningen i halvledarmaterialet är en användbar teknik inom halvledarindustrin, men detta var första gången som en materialsyntesteknik som involverade syntes av ett tvådimensionellt halvledarmaterial och applicering av inre spänningar samtidigt implementerades... Den presenterar ett sätt att öka effektiviteten för generering av triboelektricitet genom att kombinera materialet med en polymer, och det kommer att fungera som en katalysator för utvecklingen av nästa generations funktionella material baserade på tvådimensionella ämnen."