ACS Nano: 王中林院士最新成果-透明柔韧的自充电薄膜及触屏滑动解锁系统

风之翼 8年前 (2016-08-19) 4887浏览

【引语】

便携、耐用的个人电子工业和智能安全系统促进了透明具有弹性的薄膜电子器件的发展。近日，美国佐治亚理工学院和中国科学院北京纳米能源与系统研究所的王中林院士及他的研究团队又出新成果！该成果以“Transparent and Flexible Self-Charging Power Film and Its Application in a Sliding Unlock System in Touchpad Technology”发表在期刊ACS Nano上。下面我们来一睹为快。

【成果简介】

在这篇文章中王中林院士介绍了一种透明具有弹性的并且可以自供电的薄膜（SCPF），SCPF功能不仅仅是具有储能单元作用的发电机还是一个自供电情报输入系统。SCPF基于接触带电和静电效应的耦合效应，可以根据手指的动作收集机械能同时储存电能。当手指快速滑动时，薄膜可以在2094 s时间内在0到2.5 V电压之间充电，随后以1 μA的电流大小放电1630s。此外，薄膜可以识别个人特征，通过记录手指活动过程中的每个人的生物电流的电信号、按压薄膜力度、滑动速度等。这一功能今后可以应用在触摸板的安全系统中。

【图文导读】

图1. SCPF的结构设计

（a）透明且具有弹性的SCPF原理图
（b）TENG的电极放大原理图
（c）单层TFSC器件构架原理图
（d）3D Au@MnO2基纳米复合材料的SEM图表征，标尺为500nm
（e，f）SCPF的透明、柔韧性论证图
（g）SCPF的透光性

图2. 透明具有柔韧性的TENG在不同模式中的工作机制和输出性能图

（a）TF-TENG在接触-分离模式中的工作机制（b）TF-TENG在滑动模式中的工作机制
（c-e）TF-TENG在接触-分离模式中的工作机制中的开路电压（Voc）、短路电流（Isc）和传输电阻(Δσ)，通过使用线型发动机引发装置测量
（f-h）TF-TENG在滑动模式中的VOC、ISC、和 Δσ，以滑动速度为0.04 m/s

图3. TENG在不同滑动速度下的输出特性

(a-c)在典型滑动路径下，当滑动角度为（a）0°、（b）45°、（c）90°时的图解
(d-f)在典型滑动路径下，当TF-TENG的滑动角度为（d）0°、（e）45°、（f）90°时的输出电压图

图4. 单层全固态形式的TFSC电化学性能

（a）TFSC在一张印有BINN logo（经许可）的纸上的照片
（b）在光学显微镜下TFSC的内部数字电极图像，标尺为200 μm
（c）纯PET、Au@MnO2基3D PET和TFSC的透光率图
（d）Au@MnO2基3D TFSC和原始MnO2在扫描速率为100 mv/s时的CV曲线图
（e）TFSCs分别在5、10、20、50 mV/s扫描速率下的CV曲线图
（f）TFSCs在电流密度为2、3、5和10 μA/cm2的恒电流充放电曲线
（g）Au@MnO2基3D TFSCs和原始MnO2的特定区域的功放(CA)，计算自以CC曲线作为电流密度的函数
（h）在电流密度为30 μA/cm2时，Au@MnO2基3D TFSCs和原始MnO2循环稳定性

图5. TFSC的弹性测试

（a）在弯曲状态下装置的图片，图片中弯曲角度定义为αB
（b）TFSC在弯曲角度分别为0、30、 60、 90、 120和150°，电流密度为15 μA/cm2时的恒电流CC曲线和电容保留率
（c）TFSC的电容保留率在弯曲度为αB≈90°时的不同循环
（d-e）两层和四层TFSCs以（d）串联和（e）并联的方式连接的恒电流CC曲线。其中单层TFSC用作对比。空白组和对照组均在相同的实验条件下测得