Ny studie: Skapande av en strömgenererande enhet baserad på gelelektret för bärbara sensorer

StockholmEtt forskarlag från NIMS, Hokkaido University och Meiji Pharmaceutical University har utvecklat en ny gel som kan behålla en stor statisk laddning. De använde denna gel tillsammans med flexibla elektroder för att skapa en sensor. Sensorn kan upptäcka lågfrekevensvibrationer, såsom de som orsakas av mänsklig rörelse, och omvandla dessa till spänningssignaler.

Denna nya sensor kan användas i bärbara hälsoteknikenheter. Intresset för mjuka och lätta material som producerar energi ökar. Dessa material är viktiga för mjuka elektroniklösningar inom vården och robotteknik. Elektretmaterial, som håller en stabil elektrisk laddning, kan driva enheter utan externa strömkällor.

NIMS-teamet har utvecklat en vätska som är stabil, fungerar i rumstemperatur och innehåller en struktur med färgmolekyler och flexibla grenar. Denna vätska behåller elektrisk laddning väl, kan enkelt appliceras på andra material genom målning eller blötläggning och är lätt att forma.

Att använda dessa vätskor med elektroder för att skapa flexibla enheter är utmanande. De är svåra att hålla på plats och täta, vilket kan leda till läckor. Dessutom är det viktigt att förbättra deras förmåga att lagra elektrisk laddning för att optimera energiproduktionen.

Teamet skapade nyligen en alkyl-π-gel genom att tillsätta en liten mängd av ett gelbildande ämne till en alkyl-π-vätska. Denna gel är mycket mer elastisk än vätskan och är lätt att fixera och försegla. När de laddade gelen för att göra en gel-elektret, behöll den 24 % mer laddning än vätskan. Den bättre laddningshållningen beror på att gelen håller laddningarna mer effektivt.

Läs också:

Idag · 03:13

Utmaningar inom bioproduktion: att starta ett framgångsrikt biomaterialföretag

Forskningen presenterar flera betydelsefulla upptäckter.

• Alkyl-π-gelen är mer elastisk och lättare att använda än alkyl-π-vätskan.
• Gel-elektretet lagrar 24% mer laddning än alkyl-π-vätskan.
• Den nya sensorn kan upptäcka vibrationer ner till 17 Hz.
• Sensorn genererar 83% mer spänning jämfört med den vätskebaserade sensorn.

Teamet använde en gel kombinerad med elektroder för att skapa en sensor som kan känna av vibrationer. Denna sensor kan upptäcka vibrationer ner till 17 Hz och omvandlar dem till en elektrisk signal på 600 mV. Denna elektriska signal är 83% starkare än signalen från en annan typ av sensor som använder en speciell vätska.

Teamet planerar att förbättra denna teknik genom att utveckla bärbara sensorer som kan upptäcka små vibrationer och olika typer av påfrestningar. De kommer också att arbeta med att öka laddningskapaciteten och livslängden hos de använda materialen, samt att förstärka gelen de använder.

Denna gel kan återvinnas och användas igen som material för vibrationssensorer. Detta gör den till ett miljövänligt alternativ och bidrar till en hållbar ekonomi. Framstegen inom denna forskning kan leda till nya användningsområden för bärbar teknik och andra mjuka elektroniska enheter.