日前,北京大学信息科学技术学院微纳电子学研究院张海霞教授课题组利用静电纺丝工艺,成功研制出可用于柔性表面按压能量采集和人体生理信号检测的压电摩擦复合式纳米发电机。相关研究成果以《用于生物机械能采集和生理信号监测的柔性纤维基复合纳米发电机》(Flexible fiber-based hybrid nanogenerator for biomechanical energy harvesting and physiological monitoring)为题, 20175月发表于纳米科学技术领域重要期刊《纳米能源》(Nano Energy)上(DOI: 10.1016/j.nanoen.2017.05.047);前沿交叉学科研究院2015级博士研究生陈学先为论文第一作者,张海霞为通信作者。

该复合式纳米发电机采用静电纺丝工艺加工的柔性纳米纤维作为功能材料和电极骨架,通过添加导电纳米材料制作柔性电极,引入纳米结构增加表面摩擦层接触面积。与此同时,针对摩擦发电机需相对位移和压电发电机需产生形变的工作特点,将二者垂直结合,构成多层薄膜状结构,从而使器件可保形覆盖在人体皮肤等柔性表面,并在外力情况下随柔性物体一起产生形变,进行能量转换;其中,摩擦发电机部分将物体与器件接触分离过程中的机械能转化为电能输出,压电发电机部分则对器件形变过程中的机械能进行能量转换,由此提升器件在一次按压释放过程中的能量采集效率。除了针对柔性表面进行能量采集外,由于压电静电纺丝薄膜具有较高的压力灵敏度,器件还可贴附于人体腹部或手腕处,用于呼吸、脉搏振动等生理信号的监测,在自供能健康监测系统中有广阔的应用前景。

此项研究得到国家自然科学基金、国家重大科学研究计划、北京市科技计划、北京市自然科学基金等项目的支持。


 


 

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