ACS Nano: 王中林院士最新成果-透明柔韌的自充電薄膜及觸屏滑動解鎖系統

風之翼 7年前 (2016-08-19) 4159瀏覽

【引語】

便攜、耐用的個人電子工業和智能安全系統促進了透明具有彈性的薄膜電子器件的發展。近日，美國佐治亞理工學院和中國科學院北京納米能源與系統研究所的王中林院士及他的研究團隊又出新成果！該成果以“Transparent and Flexible Self-Charging Power Film and Its Application in a Sliding Unlock System in Touchpad Technology”發表在期刊ACS Nano上。下面我們來一睹為快。

【成果簡介】

在這篇文章中王中林院士介紹了一種透明具有彈性的并且可以自供電的薄膜（SCPF），SCPF功能不僅僅是具有儲能單元作用的發電機還是一個自供電情報輸入系統。SCPF基于接觸帶電和靜電效應的耦合效應，可以根據手指的動作收集機械能同時儲存電能。當手指快速滑動時，薄膜可以在2094 s時間內在0到2.5 V電壓之間充電，隨后以1 μA的電流大小放電1630s。此外，薄膜可以識別個人特征，通過記錄手指活動過程中的每個人的生物電流的電信號、按壓薄膜力度、滑動速度等。這一功能今后可以應用在觸摸板的安全系統中。

【圖文導讀】

圖1. SCPF的結構設計

（a）透明且具有彈性的SCPF原理圖
（b）TENG的電極放大原理圖
（c）單層TFSC器件構架原理圖
（d）3D Au@MnO2基納米復合材料的SEM圖表征，標尺為500nm
（e，f）SCPF的透明、柔韌性論證圖
（g）SCPF的透光性

圖2. 透明具有柔韌性的TENG在不同模式中的工作機制和輸出性能圖

（a）TF-TENG在接觸-分離模式中的工作機制 ? ? ?（b）TF-TENG在滑動模式中的工作機制
（c-e）TF-TENG在接觸-分離模式中的工作機制中的開路電壓（Voc）、短路電流（Isc）和傳輸電阻(Δσ)，通過使用線型發動機引發裝置測量
（f-h）TF-TENG在滑動模式中的VOC、ISC、和 Δσ，以滑動速度為0.04 m/s

圖3. TENG在不同滑動速度下的輸出特性

(a-c)在典型滑動路徑下，當滑動角度為（a）0°、（b）45°、（c）90°時的圖解
(d-f)在典型滑動路徑下，當TF-TENG的滑動角度為（d）0°、（e）45°、（f）90°時的輸出電壓圖

圖4. 單層全固態形式的TFSC電化學性能

（a）TFSC在一張印有BINN logo（經許可）的紙上的照片
（b）在光學顯微鏡下TFSC的內部數字電極圖像，標尺為200 μm
（c）純PET、Au@MnO2基3D PET和TFSC的透光率圖
（d）Au@MnO2基3D TFSC和原始MnO2在掃描速率為100 mv/s時的CV曲線圖
（e）TFSCs分別在5、10、20、50 mV/s掃描速率下的CV曲線圖
（f）TFSCs在電流密度為2、3、5和10 μA/cm2的恒電流充放電曲線
（g）Au@MnO2基3D TFSCs和原始MnO2的特定區域的功放(CA)，計算自以CC曲線作為電流密度的函數
（h）在電流密度為30 μA/cm2時，Au@MnO2基3D TFSCs和原始MnO2循環穩定性

圖5. TFSC的彈性測試

（a）在彎曲狀態下裝置的圖片，圖片中彎曲角度定義為αB
（b）TFSC在彎曲角度分別為0、30、 60、 90、 120和150°，電流密度為15 μA/cm2時的恒電流CC曲線和電容保留率
（c）TFSC的電容保留率在彎曲度為αB≈90°時的不同循環
（d-e）兩層和四層TFSCs以（d）串聯和（e）并聯的方式連接的恒電流CC曲線。其中單層TFSC用作對比。空白組和對照組均在相同的實驗條件下測得