福建省海洋传感功能材料重点实验室
Fujian Key Laboratory of Functional Marine Sensing Materials
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摩擦纳米发电机可以有效收集人体运动和环境中的机械能，因为其柔性、高输出功率、丰富的材料来源和便于集成的特点成为自供电能量系统的理想候选。目前，可延展摩擦纳米发电机（STENG）已经成为柔性能源领域的研究热点。通常，STENG是基于可延展导电材料比如水凝胶、液态金属、纤维和复合电极。考虑到长期稳定性、大面积制备和性价比，复合电极脱颖而出，这是由于弹性聚合物的超高可延展性和各种填充物的高导电性。基于此，实验室王军教授团队设计了一种应用于手势识别的超可拉伸Ecoflex/多孔碳基摩擦纳米发电机，相关研究结果以“Ultrastretchable Triboelectric Nanogenerators Based onEcoflex/Porous Carbon for Self-Powered Gesture Recognition”为题发表于《Advanced Materials Technologies》(IF=8.856)期刊上。
将多孔碳粉末均匀分散在Ecoflex基体中，通过旋涂法制备了大面积的Ecoflex/多孔碳（EP）薄膜。基于Ecoflex的超可延展性（570%）和多孔碳的高导电性,EP复合电极可以承受弯曲形变（180%）、扭曲形变（720%）和拉伸形变。设计了不同组分的EP复合电极，研究发现，当多孔碳质量分数为0.28%时，EP-STENG表现出最优性能，其输出电压为115.9V，输出电流为1.92uA，转移电荷为54nC，这是由于复合电极合适的导电网络和强陷阱效应。更重要的是，在177%的拉伸应变下，该STENG可以保持70%的输出；即使在282%的拉伸下100次，释放应变后输出电压也能恢复95%。最后，该STENG阵列用于采集手势信号，并能够控制机械手做出相应数字手势。
第一作者为闽江学院大三学生赵江和中科院半导体所博士生肖宇，通讯作者为闽江学院陈华民副教授。该研究得到国家自然科学基金、福建省自然科学基金、福州海洋研究院项目、福州市科技计划项目等资助。
图a.贴在不同手指上的5个STENG阵列；图b.Arduino接收到的STENG信号；图c.手势识别示意图；图d.手势识别系统控制机械手相应动作
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