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研究人员设想将木材衍生的自供电生物传感器用于无线设备
2022年06月10日    阅读量:2745    新闻来源:中国机械网 okmao.com  |  投稿

多伦多大学和滑铁卢大学的研究人员表示,木材衍生材料可用于从日常运动中获取电能,如步行。

在最近发表在《纳米能源》上的一项新研究中,该团队展示了木质纤维纳米纤维的用途鈥攄取自树皮鈥攊n能够通过蓝牙向智能手机发送无线信号的原型自供电设备。

此类设备可用于跟踪生物特征数据,如心率、氧气水平或皮肤电导率。这项创新可以提高这些设备的性能,同时降低对环境的影响。

应用科学与工程学院化学工程与应用化学系教授、该研究的合著者宁燕表示:“生物传感器在可穿戴电子产品中很常见,但如今它们是由电池供电的。”。

她补充道:“这使得它们体积庞大、不方便、成本高昂。没有电池的传感器可以更薄、更小、更便宜。你再也不用担心忘记给电池充电了。你可以把它贴在皮肤上,由你的自然运动来驱动。”。

这项创新背后的原理是三电效应,一种静电形式。由于某些材料比其他材料更能吸引电子,因此反复使两种不同的材料接触,然后将它们分开,可能会导致它们之间产生电荷。

来自世界各地的研究人员正在试验一种称为摩擦电纳米发电机的装置,这种装置利用这种效应产生少量电能。

目前大多数设计都采用了合成材料,如聚四氟乙烯(PTFE),也被称为特氟龙。然而,这种材料在环境中存在很长时间,人们对其潜在的健康影响表示担忧。

Yan和她的团队想看看是否有可能制造出一种天然的、可生物降解的替代品。

“在这些类型的摩擦发电机中使用纤维素等天然材料进行了一些实验,”Yan说。“但大多数研究小组只在失去电子的那一层使用纤维素,我们称之为摩擦正性层。我们想开发一种天然的替代物来替代另一面,即摩擦负性层。”

这种新材料是由纳米纤维制成的,纳米纤维是一种细小的植物材料,比人的头发细数十万倍。其他团队使用了纤维素制成的纳米纤维鈥攖纸和纸板中的主要植物聚合物鈥擸安和她的团队还加入了另一种称为木质素的天然聚合物。

“木质素是一种复杂的分支分子,”这篇新论文的联合首席作者尼古拉斯·坦古伊(NicolasTanguy)说,他是严的实验室的博士后研究员贸noma de M公司茅西科)。

“在许多纸浆和纸制品中,木质素是一种需要去除的杂质。但在这种情况下,我们发现在纳米纤维中保留约30%的木质素实际上改善了其作为摩擦负性材料的性能。”

麻省理工大学工程团队将木质纤维纳米纤维发送给滑铁卢大学电气和计算机工程系的班大彦教授及其团队。他们将这种材料整合到一个摩擦电纳米发电机原型中。

“我们面临的关键挑战是找到一种高效的方法,将机械能转换为电能,然后储存足够的电能为系统供电,”潘基文说,他在麻省理工大学完成了博士学位。“在限制多功能系统的环境足迹的同时,实现这一目标是值得的。”

与使用PTFE作为摩擦负性层的类似设备相比,该设备能够产生160%以上的电压和140%以上的电流。

在测试过程中,只需轻敲亚克力板上的设备,原型就能够产生足够的功率,每三分钟发出一次射频ping,附近的智能手机就会接收到。

理论上,这种装置可以插入鞋底,用户在行走或跑步时发电。该设备可用于为生物传感器或任何其他无线发送数据的设备供电。

严说:“这种材料不仅性能优于PTFE,而且还可以生物降解。”。“这将使其在一次性生物传感器中非常有用。通过消除电池和PTFE,我们大大减少了对环境的影响。”

标签:行业资讯技术中心设备与仪器配件与装备系统及软件
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