Neue Studie: Erstellung eines stromerzeugenden Geräts auf Basis von Gel-Elektret

BerlinEin Forscherteam von NIMS, der Hokkaido-Universität und der Meiji-Pharmazeutischen Universität hat ein neues Gel entwickelt, das eine große statische Ladung speichern kann. Sie kombinierten dieses Gel mit flexiblen Elektroden, um einen Sensor herzustellen. Dieser Sensor ist in der Lage, niederfrequente Vibrationen, wie sie durch menschliche Bewegungen entstehen, zu erkennen und diese in Spannungssignale umzuwandeln.

Dieser neue Sensor kann in tragbaren Gesundheitsgeräten eingesetzt werden. Es besteht ein zunehmendes Interesse an weichen, leichten Materialien, die Energie erzeugen. Diese Materialien sind von großer Bedeutung für weiche Elektronik in der Gesundheitsversorgung und in Robotern. Elektretmaterialien, die eine stabile elektrische Ladung halten, können Geräte ohne externe Energiequellen mit Strom versorgen.

Das NIMS-Team hat eine Flüssigkeit entwickelt, die stabil ist, bei Raumtemperatur funktioniert und eine Struktur mit Farbmolekülen und flexiblen Zweigen aufweist. Diese Flüssigkeit speichert elektrische Ladung gut, kann durch Auftragen oder Eintauchen leicht auf andere Materialien aufgebracht werden und lässt sich einfach formen.

Die Verwendung dieser Flüssigkeiten mit Elektroden zur Herstellung flexibler Geräte ist eine Herausforderung. Es ist schwierig, sie an Ort und Stelle zu halten und abzudichten, was zu Leckagen führen kann. Zudem ist es wichtig, ihre Fähigkeit zur Speicherung einer elektrischen Ladung zu verbessern, um eine bessere Stromerzeugung zu erreichen.

Das Team hat kürzlich ein Alkyl-π-Gel hergestellt, indem es eine kleine Menge eines gelbildenden Stoffes zu einer Alkyl-π-Flüssigkeit hinzufügte. Dieses Gel ist wesentlich elastischer als die Flüssigkeit und lässt sich leicht fixieren und abdichten. Als sie das Gel aufluden, um ein Gel-Elektret zu erzeugen, behielt es 24% mehr Ladung als die Flüssigkeit. Die bessere Ladungserhaltung ist darauf zurückzuführen, dass das Gel die Ladungen effektiver hält.

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Die Untersuchung hebt verschiedene wesentliche Erkenntnisse hervor.

• Das Alkyl-π-Gel ist elastischer und leichter zu handhaben als die Alkyl-π-Flüssigkeit.
• Das Gel-Elektret speichert 24 % mehr Ladung als die Alkyl-π-Flüssigkeit.
• Der neue Sensor erkennt Vibrationen bis zu 17 Hz.
• Der Sensor erzeugt 83 % mehr Spannung als der liquide Sensor.

Das Team hat ein Gel zusammen mit Elektroden verwendet, um einen Sensor zu entwickeln, der Vibrationen wahrnehmen kann. Dieser Sensor kann Vibrationen bereits ab 17 Hz erkennen und wandelt sie in ein elektrisches Signal von 600 mV um. Dieses elektrische Signal ist um 83 % stärker als das von einem anderen Sensortyp, der eine spezielle Flüssigkeit verwendet.

Das Team beabsichtigt, diese Technologie zu verbessern, indem es tragbare Sensoren entwickelt, die kleine Vibrationen und verschiedene Arten von Stress erkennen können. Außerdem werden sie daran arbeiten, die Ladungsspeicherung und Lebensdauer der verwendeten Materialien zu erhöhen sowie das verwendete Gel zu stärken.

Dieses Gel lässt sich recyceln und erneut als Material für Vibrationssensoren einsetzen. Dadurch wird es zu einer umweltfreundlichen Option und trägt zur Förderung einer nachhaltigen Wirtschaft bei. Die Fortschritte in dieser Forschung könnten zu neuen Anwendungen für tragbare Technologien und andere weiche elektronische Geräte führen.