柔性底座上的可穿戴式觸摸傳感器。圖片來源：韓國科學技術研究院（KIST）

在物聯(lián)網（IoT）驅動的超連接世界中，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。它們就像產生靜電一樣，通過從不同材料之間的接觸感應出摩擦電，從而以半永久方式產生能量。

由李世基博士領導的韓國科學技術研究院（KIST）的一組研究人員開發(fā)了一種觸摸傳感器，該傳感器通過使結構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）合作的結果。

普通的摩擦發(fā)電機不能用于可穿戴電子設備，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體材料，該材料原子薄且具有優(yōu)異的物理性質作為產生摩擦電的活性層。

產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，絕緣材料產生的電荷轉移并不順利，從而大大降低了摩擦電產生的能量輸出。

在當前的研究中，聯(lián)合研究小組調整了二維半導體二硫化鉬（MoS 2）的性質，并更改了其結構以提高摩擦發(fā)電效率。該材料在用于半導體制造過程中的強熱處理過程中被弄皺，從而導致具有褶皺的材料受到內部應力的作用。這些皺紋會增加每單位面積的接觸面積，并且所產生的表面弄皺的MoS 2器件比扁平的MoS 2器件產生的功率大40％左右。另外，即使在重復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：“控制半導體材料的內部應力在半導體行業(yè)是一種有用的技術，但這是首次涉及二維半導體材料的合成及其應用的材料合成技術。同時實現(xiàn)了內部應力的變化。它提出了一種通過將材料與聚合物結合來提高摩擦發(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。”