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柔性底座上的可穿戴式觸摸傳感器。圖片來源：韓國科學技術(shù)研究院（KIST）

在物聯(lián)網(wǎng)（IoT）驅(qū)動的超連接世界中，可以隨時隨地發(fā)送和接收信號和信息的超微型，低功耗傳感器和設(shè)備將成為人們生活中不可或缺的一部分。一個重要的問題是不斷向連接到系統(tǒng)的無數(shù)電子設(shè)備供電。這是因為使用常規(guī)的充電和更換方法難以減小電池的尺寸和重量。

解決該問題的一種可能的方法是部署摩擦發(fā)電機。它們就像產(chǎn)生靜電一樣，通過從不同材料之間的接觸感應(yīng)出摩擦電，從而以半永久方式產(chǎn)生能量。

由李世基博士領(lǐng)導(dǎo)的韓國科學技術(shù)研究院（KIST）的一組研究人員開發(fā)了一種觸摸傳感器，該傳感器通過使結(jié)構(gòu)易碎的二硫化鉬將摩擦起電效率提高了40％以上。這項突破是與全北國立大學高級材料工程教授鄭昌圭（Chang-Kyu Jeong）合作的結(jié)果。

普通的摩擦發(fā)電機不能用于可穿戴電子設(shè)備，因為它們必須過大和沉重才能提高其發(fā)電能力。當前正在進行的研究涉及施加二維半導(dǎo)體材料，該材料原子薄且具有優(yōu)異的物理性質(zhì)作為產(chǎn)生摩擦電的活性層。

產(chǎn)生的摩擦電的強度根據(jù)兩種接觸材料的類型而變化。在過去的二維材料研究中，絕緣材料產(chǎn)生的電荷轉(zhuǎn)移并不順利，從而大大降低了摩擦電產(chǎn)生的能量輸出。

在當前的研究中，聯(lián)合研究小組調(diào)整了二維半導(dǎo)體二硫化鉬（MoS 2）的性質(zhì)，并更改了其結(jié)構(gòu)以提高摩擦發(fā)電效率。該材料在用于半導(dǎo)體制造過程中的強熱處理過程中被弄皺，從而導(dǎo)致具有褶皺的材料受到內(nèi)部應(yīng)力的作用。這些皺紋會增加每單位面積的接觸面積，并且所產(chǎn)生的表面弄皺的MoS 2器件比扁平的MoS 2器件產(chǎn)生的功率大40％左右。另外，即使在重復(fù)10,000次之后，在循環(huán)實驗中摩擦電輸出仍保持在穩(wěn)定水平。

通過將皺縮的二維材料應(yīng)用于觸摸板或觸摸屏顯示器中使用的觸摸傳感器，聯(lián)合研究團隊提出了一種輕巧靈活的自供電觸摸傳感器，無需電池即可操作。具有高發(fā)電效率的這種類型的觸摸傳感器對刺激敏感，并且即使在低水平的力下也可以識別觸摸信號，而沒有任何電力。

KIST的Seoung-Ki Lee博士說：“控制半導(dǎo)體材料的內(nèi)部應(yīng)力在半導(dǎo)體行業(yè)是一種有用的技術(shù)，但這是首次涉及二維半導(dǎo)體材料的合成及其應(yīng)用的材料合成技術(shù)。同時實現(xiàn)了內(nèi)部應(yīng)力的變化。它提出了一種通過將材料與聚合物結(jié)合來提高摩擦發(fā)電效率的方法，并且將作為基于兩種材料的下一代功能材料開發(fā)的催化劑。三維物質(zhì)?！?/p>