在物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 驅(qū)動的超連接世界中，可隨時隨地發(fā)送和接收信號和信息的超微型、低功耗傳感器和設(shè)備將成為人們生活中不可或缺的一部分。一個重要的問題是不斷地為連接到系統(tǒng)的無數(shù)電子設(shè)備供電。這是因為使用傳統(tǒng)的充電和更換方式難以減小電池的尺寸和重量。

這個問題的一個可能解決方案是部署摩擦發(fā)電機。它們通過不同材料之間的接觸產(chǎn)生摩擦電，以半永久性的方式產(chǎn)生能量，就像產(chǎn)生靜電一樣。

由 Seoung-Ki Lee 博士領(lǐng)導(dǎo)的韓國科學(xué)技術(shù)研究院 (KIST) 的一組研究人員開發(fā)了一種觸摸傳感器，該傳感器通過皺折結(jié)構(gòu)的二硫化鉬將摩擦起電效率提高了 40% 以上。這一突破是與全北國立大學(xué)先進材料工程教授 Chang-Kyu Jeong 合作的結(jié)果。

一般的摩擦發(fā)電機不能用于可穿戴電子設(shè)備，因為它們必須過大和過重才能提高產(chǎn)生足夠電力的能力。目前正在進行的研究涉及應(yīng)用原子級薄且具有優(yōu)異物理特性的二維半導(dǎo)體材料作為產(chǎn)生摩擦電的活性層。

產(chǎn)生的摩擦電強度根據(jù)接觸的兩種材料的類型而變化。在過去對二維材料的研究中，電荷與絕緣材料的轉(zhuǎn)移并不順利，大大降低了摩擦電產(chǎn)生的能量輸出。

在目前的研究中，聯(lián)合研究小組調(diào)整了二維半導(dǎo)體二硫化鉬 (MoS 2 )的性質(zhì)，并改變了其結(jié)構(gòu)以提高摩擦發(fā)電效率。該材料在半導(dǎo)體制造過程中應(yīng)用的強熱處理過程中被弄皺，導(dǎo)致材料產(chǎn)生褶皺，并施加了內(nèi)應(yīng)力。這些皺紋增加了每單位面積的接觸面積，由此產(chǎn)生的表面皺折的 MoS 2器件可以比平面對應(yīng)器件產(chǎn)生大約 40% 的功率。此外，即使在重復(fù) 10,000 次之后，在循環(huán)實驗中摩擦電輸出仍保持在穩(wěn)定水平。

通過將這種皺巴巴的二維材料應(yīng)用于觸摸板或觸摸屏顯示器中使用的觸摸傳感器，聯(lián)合研究團隊提出了一種輕巧靈活的自供電觸摸傳感器，無需電池即可操作。這種具有高發(fā)電效率的觸摸傳感器對刺激很敏感，即使在很小的力下也能識別觸摸信號，無需任何電力。

KIST 的 Seoung-Ki Lee 博士說：“控制半導(dǎo)體材料的內(nèi)應(yīng)力是半導(dǎo)體行業(yè)的一項有用技術(shù)，但這是第一次涉及二維半導(dǎo)體材料的合成和應(yīng)用的材料合成技術(shù)內(nèi)應(yīng)力的同時實現(xiàn)......它提出了一種通過將材料與聚合物結(jié)合來提高摩擦發(fā)電效率的方法，它將成為開發(fā)基于二元結(jié)構(gòu)的下一代功能材料的催化劑。次元物質(zhì)。”

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