Een transparante, rekbare tribo-elektrische nanogenerator (TENG) met een oppervlakte tot 12 cm x 12 cm en een vermogen van 8 Watt per vierkante meter, is gerealiseerd door onderzoekers van de Universiteit van Nagoya met behulp van een dunne film van koolstofnanobuisjes (CNT-film) als een van de elektroden van de TENG. De CNT-film werd gevormd met behulp van een eenvoudige, kosteneffectieve en schaalbare spuitcoatingmethode, en toegepast, als proof-of-concept, tot zelfaangedreven optische draadloze communicatiebladen en handschoenen die ook blauwe LED's van stroom voorzien. Het werk werd gerapporteerd in het tijdschrift Nano-energie .

draagbare apparaten, zoals smartwatches en activity trackers, hebben tal van nuttige functies, waaronder informatieweergave en biologische informatiedetectie. Wereldwijd worden al meer dan een half miljard gebruikt, in een breed scala van toepassingen, zoals sport, gezondheidszorg, en het menselijke Internet of Things (IoTs) - en dit zal drastisch toenemen wanneer de 5G-telecomrevolutie volledig tot bloei komt. Momenteel, bijna al deze apparaten werken op oplaadbare batterijen, die relatief omvangrijk zijn en behoorlijk wat tijd vergen om op te laden. Bovendien, de veelgebruikte Li-ion-batterijen hebben ook te maken met milieuproblemen. Wat als de stroombron van draagbare apparaten helemaal geen batterij was, maar een rekbaar materiaal dat de beweging van het lichaam volgt, en is klein en lichtgewicht voor gebruikerscomfort? Technologieën voor het oogsten van energie die kleine hoeveelheden omgevingsenergie omzetten in elektrische energie, kunnen een alternatief bieden voor batterijen voor het voeden van draagbare apparaten.

begrijpelijk, rekbare elektronische apparaten hebben de laatste tijd veel onderzoek en commerciële aandacht getrokken. Draagbare energie-oogsters moeten niet alleen flexibel maar ook rekbaar zijn om de driedimensionale lichaamsbeweging van het lichaam te volgen. Bovendien, ze moeten voldoende vermogen leveren om een ​​verscheidenheid aan elektronische apparaten aan te drijven. Echter, het uitgangsvermogen van oogstmachines is momenteel niet voldoende om rekbare tribo-elektrische opwekking praktisch te maken.

Een onderzoeksteam van de Universiteit van Nagoya heeft het probleem van de rekbaarheid en het lage uitgangsvermogen overwonnen. Als eerste auteur, Universitair docent Masahiro Matsunaga, van het Institute of Materials and Systems for Sustainability aan de Nagoya University, verklaart, "We hebben een transparante en rekbare tribo-elektrische nanogenerator (TENG) gerealiseerd die menselijke bewegingen kan volgen door een dunne koolstofnanobuisfilm (CNT-film) als elektrode voor de TENG te gebruiken. De gefabriceerde TENG heeft een eenvoudige structuur:een CNT-film is erin gesandwiched een polydimethylsiloxaan (PDMS) elastomeer. Het heeft een transparantie van meer dan 90%."

Wanneer het oppervlak van de TENG wordt aangeraakt, de TENG zet mechanische energie om in elektriciteit door een proces dat "contactelektrificatie" en elektrostatische inductie wordt genoemd. De CNT-film wordt gemaakt door een eenvoudige spuitcoatingmethode, die kosteneffectief en schaalbaar is. Het onderzoeksteam van Nagoya University kan een grote TENG fabriceren met een oppervlakte tot 12 cm x 12 cm. Bovendien, tijdens de fabricage een plasmabehandeling gebruiken, de daadwerkelijke, gerealiseerde vermogensdichtheid van de TENG is maximaal 8 Watt per vierkante meter.

Als proof-of-concept, het team van de Nagoya University heeft het nut van de nieuwe TENG aangetoond door deze toe te passen om zelfaangedreven optische draadloze communicatiebladen te maken, en handschoenen waarbij blauwe lichtgevende diodes (LED's) waren ingebed in de TENG en bedraad met behulp van CNT-films.

Professor Matsunaga legt verder uit:"Voor de communicatiebladen, we vormden drie afzonderlijke elektroden en draden met de LED's van verschillende kleuren in het vel. Het blad kan verschillende optische signalen verzenden, afhankelijk van het type aanraking:tikken of vegen."

"Om de handschoen te maken, we bevestigden de TENG op de palm, en gebruikte een CNT-draad om deze aan te sluiten op blauwe LED's die op de rug van de hand zijn ingebed. De handschoen kan LED's aansturen door handgeklap. Door de rekbaarheid en duurzaamheid van de CNT-films kan de handschoen worden aan- en uitgetrokken zonder de functionaliteit te beschadigen."

De nieuwe techniek voor het maken van een relatief hoog vermogen, rekbare en flexibele stroomgeneratoren kunnen de eerste stap zijn om onze afhankelijkheid van oplaadbare batterijen voor draagbare apparaten te verminderen.