基于一種自供電器件整合到原型摩擦納米發(fā)電機(jī)中

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，來自多倫多大學(xué)和滑鐵盧大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種自供電器件，可用于從日常運(yùn)動(dòng)（如步行）中獲取電能，并能夠通過藍(lán)牙向智能手機(jī)發(fā)送無線信號(hào)，從而用于跟蹤生物特征數(shù)據(jù)，例如心率、氧氣水平或皮膚電導(dǎo)率。而這種器件的最大秘密是使用源自樹皮的木質(zhì)纖維素納米纖維。

“生物傳感器在可穿戴電子產(chǎn)品中很常見，但目前大部分傳感器需要由電池供電”，研究人員說：“這使得它們體積龐大、不方便攜帶且成本高昂。而自供電的傳感器可以更薄、更小、更便宜。你再也不用擔(dān)心忘記給電池充電了。你只需把它貼在皮膚上，它就會(huì)利用你的自然動(dòng)作而自我供電?！?/p>

該項(xiàng)創(chuàng)新背后的原理是摩擦電效應(yīng)，即一種靜電形式。由于某些材料比其他材料更能吸引電子，因此反復(fù)使兩種不同的材料接觸然后將它們分開會(huì)導(dǎo)致電荷在它們之間積聚。當(dāng)前，大多數(shù)設(shè)計(jì)都采用合成材料，例如聚四氟乙烯（PTFE）。然而，這種材料會(huì)在環(huán)境中長(zhǎng)期存在，從而使得人們對(duì)其潛在的環(huán)保問題提出了擔(dān)憂。

目前已經(jīng)有很多研究使用纖維素等天然材料進(jìn)行了一些實(shí)驗(yàn)，但大多數(shù)研究只在失去電子的層中，即摩擦正層使用纖維素；因此，多倫多大學(xué)和滑鐵盧大學(xué)的研究人員試圖創(chuàng)造出一種天然的、可生物降解的替代品來替代另一面，即摩擦負(fù)層。

具體來看，這種新材料是由納米纖維制成的，納米纖維是一種比人類頭發(fā)細(xì)數(shù)十萬倍的微小植物材料。在其他團(tuán)隊(duì)使用由纖維素（紙張和紙板中的主要植物聚合物）制成的納米纖維的基礎(chǔ)上，該研究團(tuán)隊(duì)還加入了另一種稱為木質(zhì)素的天然聚合物。

木質(zhì)素是一種復(fù)雜的分支分子，在許多紙漿和紙制品中，木質(zhì)素是一種需要去除的雜質(zhì)。但研究發(fā)現(xiàn)，在納米纖維中留下約30%的木質(zhì)素可以提高了它們作為摩擦負(fù)性材料的性能。

接著，研究人員將木質(zhì)纖維素納米纖維給到滑鐵盧大學(xué)電氣和計(jì)算機(jī)工程系的團(tuán)隊(duì)，并由他們將該材料整合到原型摩擦納米發(fā)電機(jī)中。該項(xiàng)研究過程中面臨的主要挑戰(zhàn)是找到一種高效的方法將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，然后儲(chǔ)存足夠的能量來為系統(tǒng)供電。與使用PTFE作為摩擦負(fù)層的類似器件相比，該器件能夠產(chǎn)生多出160%的電壓和多出140%的電流。只需在測(cè)試過程中將器件輕敲在亞克力板上，就能產(chǎn)生足夠的能量，且可以每三分鐘發(fā)出一次射頻脈沖，并被附近的智能手機(jī)接收到。理論上，這種器件可以插入鞋底，用戶在行走或跑步時(shí)即可實(shí)現(xiàn)發(fā)電。

“這種材料不僅性能優(yōu)于PTFE，而且還可以生物降解”，研究人員最后補(bǔ)充道：“這將使其在一次性生物傳感器中有良好的應(yīng)用前景。通過消除電池和PTFE的使用，我們大大減少了對(duì)環(huán)境的影響?！?/p>

原文標(biāo)題：新型可降解納米纖維實(shí)現(xiàn)生物傳感器自供電

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