Den triboelektriska effekten är ett fenomen där en laddning genereras på två olika material när materialen flyttas isär efter att ha varit i kontakt med varandra. Triboelektriska nanogeneratorer (TENG) använder denna effekt för att omvandla mekanisk rörelse till elektrisk energi. TENGs kompakthet gör att de kan användas som bärbara enheter som kan utnyttja kroppens rörelser för att driva elektronik. Eftersom de är bärbara, läggs tonvikten på tygets egenskaper (som materialets komfort) och nanogeneratorernas laddningsbärande förmåga. Generellt sett bör de triboelektriska materialen som väljs för nanogeneratorn vara säkra, kompatibla med människokroppen (biokompatibla), flexibla och andningsbara samtidigt som de kan bibehålla en hög elektrisk uteffekt.

Bland de många material som övervägs för TENG är elektrospunna fibrer en lovande kandidat eftersom de är lätta, starka och har önskvärda elektriska egenskaper. Elektrospinning är en teknik där lösningar av polymerer dras till fibrer med hjälp av elektrisk laddning. Det pågår pågående ansträngningar för att lägga till metaller till elektrospunna fibrer för att förbättra den elektrostatiska potentialen och laddningsfångande kapacitet. Men detta har lett till att kompromisser gjorts mellan materialets komfort och prestanda.

I en nyligen publicerad studie publicerad i Nano Energy , har forskare från University of Fukui, Japan och Nanjing University, Kina utvecklat ett heltfibröst kompositskikt TENG (AF-TENG) som enkelt kan integreras med vanligt tyg. "Med vårt arbete siktar vi på att ge en ny synvinkel mot bärbara energiskördare och smarta textilier", säger Dr Hiroaki Sakamoto, motsvarande författare för studien.

AF-TENG innehåller ett triboelektriskt membran tillverkat av två lager av elektrospunna fibrer – ett av ett material som kallas polyvinylidenfluorid (PVDF) och det andra av en typ av nylon. Silver nanotrådar täcker dessa lager. Forskarna lade vidare till ett lager av elektrospunna polystyrenfibrer mellan silvernanotrådarna och det triboelektriska membranet.

Kroppens mekaniska rörelse när man går eller springer gör att de triboelektriska lagren får en laddning. På så sätt omvandlas den mekaniska energin till elektrisk energi, som kan användas för att driva elektroniska enheter.

Normalt går laddningsuppbyggnaden på den triboelektriska ytan gradvis förlorad eller försvinner, vilket minskar ytladdningstätheten och nanogeneratorns uteffekt. Men i detta fall samlar och fångar det tillsatta polystyrenmembranet laddningen och bibehåller ytladdningstätheten hos AF-TENG. Forskarna använde AF-TENG för att tända 126 kommersiella lysdioder var och en med 0,06 Watt, vilket demonstrerar genomförbarheten av nanogeneratorn. Dessutom, enligt Dr. Sakamoto, "Enheten för kraftgenerering har flexibilitet och andningsförmåga eftersom alla komponenter är sammansatta av fibermaterial. Den här enheten visar stor potential för att skörda den statiska elektriciteten från våra kläder."

Medan TENG för närvarande är begränsade till energisnåla enheter såsom lysdioder och miniräknare, är förbättringar av bärbarhet och prestanda integrerade steg mot framtida bärbar teknologi. + Utforska vidare

Hur man driver elektronik med hjälp av mekanisk rörelse