柔性基板上的可穿戴式觸摸傳感器。圖片來源：韓國科學技術學院（KIST）

在物聯網 (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地為連接到系統(tǒng)的無數電子設備供電。這是因為使用傳統(tǒng)的充電和更換方式很難減小電池的尺寸和重量。

這個問題的一個可能的解決方案是部署摩擦發(fā)電機。它們通過在不同材料之間的接觸中產生摩擦電，產生能量，就像產生靜電一樣。

由 Seoung-Ki Lee 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，該傳感器通過起皺結構的二硫化鉬將摩擦起電效率提高了 40% 以上。這一突破是與全北國立大學先進材料工程教授 Chang-Kyu Jeong 合作的結果。

一般的摩擦發(fā)電機不能用于可穿戴電子設備，因為它們需要過大和過重才能提高其產生足夠電力的能力。目前正在進行的研究涉及應用原子級薄且具有優(yōu)異物理特性的二維半導體材料作為產生摩擦電的活性層。

產生的摩擦電強度根據接觸的兩種材料的類型而有所不同。在過去對二維材料的研究中，電荷與絕緣材料的轉移并不順利，大大降低了摩擦電產生的能量輸出。

在目前的研究中，聯合研究小組調整了二維半導體二硫化鉬（MoS 2 ）的性質，并改變了其結構以提高摩擦發(fā)電效率。該材料在半導體制造過程中應用的強熱處理過程中被弄皺，這導致材料具有褶皺，內部應力已施加到該材料上。這些褶皺增加了每單位面積的接觸面積，由此產生的表面皺褶的 MoS 2器件可以產生比平面對應物多約 40% 的功率。此外，即使在 10,000 次重復后，摩擦電輸出在循環(huán)實驗中也保持在穩(wěn)定水平。

通過將皺巴巴的二維材料應用于觸摸傳感器，例如用于觸摸板或觸摸屏顯示器的觸摸傳感器，聯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。這種發(fā)電效率高的觸摸傳感器對刺激敏感，即使在很小的力下也能識別觸摸信號，無需任何電力。

KIST 的 Seoung-Ki Lee 博士說：“控制半導體材料的內應力是半導體行業(yè)的一項有用技術，但涉及二維半導體材料合成和應用的材料合成技術尚屬第一次。內應力的同時實現...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，它將成為開發(fā)基于雙-的下一代功能材料的催化劑次元物質。”