Разработаны решения для регенерации и автономного питания гибких схем

О двух недавних достижениях в технологиях гибкой электроники для носимых приложений сообщают публикации в Nano Energy и Science Advances. В первой из них описана простая в изготовлении модель эффективного трибоэлектрического генератора, превращающего в электроэнергию даже движения пальцев, а во второй представлена «электронная кожа», обладающая способностью к устранению механических повреждений.

Большинство известных сегодня наногенераторов изготавливаются с использованием сложных технологических процессов, таких как литография, либо имеют неприемлемо высокую себестоимость. Устройство, разработанное в совместном проекте между Университетом Баффало (штат Нью-Йорк-Йорк) и Институтом полупроводников Китайской Академии Наук, выгодно отличается от предшественников в обоих отношениях.

Оно состоит из двух слоёв золота, промежуток между которыми заполнен полидиметилсилоксаном (PDMS), кремнийорганическим полимером, применяемым для контактных линз. Естественные движения, наподобие сгибания пальца, вызывают трение между золотом и PDMS, что приводит к перемещению электронов из одного слоя золота в другой.

Опытный образец, полоска длиной 1,5 и шириной 1 см, генерировал напряжение до 124 В, ток до 10 мкА и плотность энергии до 0,22 мВт на квадратный сантиметр. Этого было достаточно для того, чтобы зажечь одновременно 48 красных светодиодов.

Получаемая таким образом энергия пригодится для питания эластичных электронных схем, носимых прямо на поверхности руки. Примером такой «электронной кожи» является новый эластичный, электропроводящий и прозрачный материал со встроенными датчиками температуры, давления, влажности и движения воздуха, созданный в лаборатории Колорадского университета (CU Boulder).

Отличительная особенность этого решения — используемый в нём полимер полиимин с наночастицами серебра, обеспечивающими дополнительные механическую прочность, химическую стабильность и улучшающими электропроводность.

Динамическая структура с ковалентными связями позволяет такой электронной коже принимать форму любой поверхности и за секунды залечивать полученные повреждения, в том числе датчиков. Для этого достаточно воздействовать на участок с разрывом спиртовым раствором трёх легкодоступных веществ при комнатной температуре.

Для утилизации использованную электронную кожу помещают в другой раствор, где полимеры распадаются на растворимые в этаноле олиго- и мономеры, а наночастицы серебра осаждаются на дно. Все эти компоненты можно затем применять для изготовления новых функциональных устройств.

«С учётом того, что свалки ежегодно пополняются миллионами тонн электронных отходов, перерабатываемость нашей электронной кожи имеет большой смысл как для экономики, так и для экологии», — заявил Цзяньлян Сяо (Jianliang Xiao), руководитель этого проекта и доцент CU Boulder.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365