Perangkat Elektronik Wearable Berbentuk Benang Berbasis Karet yang Sangat Merenggang untuk Pemanenan Energi Gerakan Manusia dan Pelacakan Biomekanik Bertenaga Sendiri
Abstrak
Pengembangan elektronik pintar yang dapat diregangkan telah menarik perhatian besar karena aplikasi potensialnya dalam sistem pengumpulan energi gerakan manusia dan teknologi pelacakan biomekanik mandiri. Di sini, kami menghadirkan triboelectric nanogenerator (TENG) berbentuk benang semua-karet baru yang dapat diregangkan yang terdiri dari mikrosfer kaca berlapis perak/karet silikon sebagai benang konduktif yang dapat diregangkan (SCT) dan SCT berlapis karet silikon (SSCT) sebagai benang triboelektrik lainnya. TENG (SATT) berbentuk ulir berbasis karet yang dapat diregangkan menghasilkan tegangan rangkaian terbuka 3,82 V dan arus hubung singkat 65,8 nA di bawah regangan 100% dan dapat merespons keadaan gerakan jari yang berbeda. Selain itu, tekstil pintar mandiri (SPST) yang ditenun oleh unit SCT dan SSCT memiliki dua jenis mekanisme kerja tentang mode pelepasan regangan dan pemisahan kontak. Interaksi pelepas regangan antara unit rajut dapat menghasilkan tegangan hubung terbuka 8,1 V dan arus hubung singkat 0,42 A, dan mode kontak-separasi terjadi antara kapas dan dua jenis bahan di luar SPST yang menghasilkan tegangan puncak 150 V dan arus puncak 2,45 A. Untuk membuktikan aplikasi yang menjanjikan, perangkat SPST mampu menyediakan energi listrik untuk elektronik komersial dan secara efektif mengais energi biomekanik jangkauan penuh dari gerakan sendi manusia. Oleh karena itu, karya ini memberikan pendekatan baru dalam aplikasi elektronik wearable yang dapat diregangkan untuk pembangkit listrik dan pelacakan mandiri.
Pengantar
Elektronik wearable dengan kenyamanan, kelembutan, dan breathability yang terintegrasi pada tekstil atau pakaian telah banyak digunakan di berbagai bidang, seperti monitor biomedis [1,2,3], robot bionik [4,5,6], antarmuka manusia-interaktif [ 7, 8], militer, dan elektronik konsumen [9,10,11], yang merupakan perwujudan sempurna dari kemajuan pesat teknologi dan membawa banyak kemudahan dan keuntungan bagi kehidupan kita. Namun, untuk memberi daya pada perangkat elektronik yang dapat dikenakan ini, baterai tradisional dan superkapasitor sulit memenuhi kebutuhan energinya karena hambatan teknis dari kekakuan struktural, masa pakai terbatas, bobot perangkat ekstra, dan pencemaran lingkungan. Akibatnya, merupakan masalah mendesak untuk mengeksplorasi catu daya baru yang berkelanjutan untuk elektronik yang dapat dikenakan. Untuk aplikasi yang dapat dikenakan, energi mekanik gerakan manusia ada di mana-mana dan relatif stabil yang diharapkan dapat diubah menjadi listrik oleh elektronik yang dapat dikenakan dalam pengoperasiannya, berkembang menjadi perangkat elektronik multi-fungsi mandiri yang berkelanjutan [12, 13]. Oleh karena itu, ini adalah metode yang menjanjikan untuk menggunakan teknologi pemanenan energi mekanik gerak manusia untuk mencapai perangkat wearable bertenaga sendiri, yang dapat mengubah sinyal terukur menjadi sinyal catu daya.
Di antara berbagai pendekatan, triboelectric nanogenerators (TENGs) [14,15,16,17] berdasarkan elektrifikasi triboelektrik dan induksi elektrostatik dapat secara efisien mengais energi mekanik gerakan manusia, yang dianggap sebagai kekuatan berkelanjutan atau sensor self-powered karena ringan. , efektivitas biaya, efisiensi tinggi, ketahanan, dan berbagai pilihan bahan. Baru-baru ini, mengembangkan TENG berbentuk benang yang bertindak sebagai perangkat elektronik yang dapat dipakai dengan daya sendiri telah ditunjukkan manfaatnya dalam memantau sinyal fisiologis manusia termasuk pendeteksian gerakan tubuh, penginderaan sentuhan kulit, pengujian frekuensi denyut nadi, dll. Hongzhi Wang telah menghadirkan sensor seperti benang dengan built-in -dalam desain struktur bergelombang untuk mendeteksi dan membedakan gerakan sendi tubuh manusia [18]; namun, kelenturan sensor merupakan rintangan penting dalam gerakan ekstremitas yang kompleks dengan regangan besar. Selain itu, elektronik tekstil pintar yang terdiri dari TENG berbentuk benang telah menunjukkan keunggulannya dalam sistem pengumpulan energi gerakan manusia karena mudah diintegrasikan dengan pakaian. Wang dan rekan kerjanya telah menjahit tekstil pintar yang dapat dipakai menjadi pakaian menjadi kain yang kuat [19] atau mewujudkan tekstil TENG berdasarkan metode benang tenun yang dirancang dengan baik [20]; namun, kinerja output tinggi yang stabil masih merupakan masalah yang menantang untuk aplikasi praktis. Selain itu, sebagian besar elektroda yang dapat diregangkan dalam elektronik yang dapat dikenakan sebelumnya dicapai dengan foil logam serpentine [21, 22], pengendapan pada substrat lunak yang telah diregangkan sebelumnya [23, 24], dan kawat nano logam [25], menghalangi elektronik tekstil pintar untuk mentolerir penggunaan aus. dan fabrikasi skala besar.
Di sini, untuk mengatasi masalah di atas, kami menghadirkan SATT tipe baru dengan struktur heliks ganda, yang terdiri dari “mikrosfer kaca berlapis perak/karet silikon” sebagai ulir SCT dan “SCT berlapis karet silikon” sebagai SSCT benang. Karena kompatibilitas yang baik dari bahan matriks elastomer ultra-merenggang, SATT dapat dengan mudah memperoleh daya regangan tinggi 100% untuk mewujudkan perakitan konformal dalam sistem elektronik yang dapat diregangkan. SATT dengan panjang 5 cm menghasilkan tegangan keluaran 3,82 V dan arus keluaran 65,8 nA, yang dapat bertindak sebagai sensor aktif yang dapat dikenakan untuk melacak status gerakan jari. Selain itu, tenunan SPST oleh unit SCT dan SSCT menghasilkan tegangan output 8,1 V dan arus 0,42μA dalam mode pelepasan regangan dan daya maksimum dapat mencapai hingga 163,3 W dalam mode pemisahan kontak. Dengan demikian, SPST mampu memasok energi listrik untuk elektronik komersial untuk mempertahankan kondisi operasi normal, sementara itu dapat secara efektif memanen energi biomekanik jangkauan penuh dari gerakan sendi manusia, memberikan arti penting untuk mempromosikan pengembangan pemanen energi praktis yang dapat diregangkan dan dapat dipakai.
Metode
Fabrikasi SCT
Mikrosfer kaca berlapis perak (Shenzhen Xiate Science and Technology Co. Ltd., China) didispersikan secara merata ke dalam matriks karet silikon padat (TN-920) dengan rasio berat 3:1 selama 1,5 jam. Campuran tersebut kemudian dimasukkan ke dalam mesin ekstrusi ulir untuk mencapai proses ekstrusi dan vulkanisasi pada suhu 110 °C dan diperoleh benang komposit konduktif dengan diameter 1 mm. Lima benang konduktif yang dapat diregangkan dipilih untuk digulung bersama dan kedua ujungnya dilapisi oleh karet silikon campuran (Ecoflex 00-30) dan bahan pengawet dalam perbandingan massa 1:1. Terakhir, ditempatkan dalam oven pengering vakum yang dievakuasi selama 20 menit dan dipanaskan selama 2 jam pada suhu 80 °C. Setelah proses curing dan pembentukan, SCT dapat direalisasikan sebagai elektroda komposit yang dapat diregangkan.
Fabrikasi SSCT
SCT dimasukkan ke dalam cetakan berdiameter 4 mm. Kemudian, campuran karet silikon (Ecoflex 00-30) dengan bahan pengawet disuntikkan ke dalam cetakan. Setelah evakuasi dan pemanasan, SSCT disiapkan melalui teknologi demoulding.
Sistem Pengukuran
Sampel dicirikan oleh mikroskop elektron pemindaian emisi lapangan (ZEISS EVO18, Carl Zeiss Jena, Jerman). Performa tegangan dan arus keluaran direkam oleh elektrometer sistem KEITHLEY 2611B.
Hasil dan Diskusi
SATT terdiri dari dua ulir berbasis karet heliks ganda:satu adalah SCT yang menggunakan mikrosfer kaca berlapis perak yang tersebar secara merata ke dalam matriks karet silikon, dan yang lainnya adalah SSCT yang menggunakan SCT berlapis karet silikon. Proses fabrikasi SATT secara rinci diilustrasikan pada Gambar. 1a. Mikrosfer kaca berlapis perak (75% berat) dicampur ke dalam karet silikon ultra-elastisitas dengan proses pencampuran, yang kemudian diekstrusi dan divulkanisir melalui mesin ekstrusi sekrup untuk mencapai ulir komposit konduktif (Gbr. 1a I). Kemudian lima benang konduktif yang dapat diregangkan dipilih untuk digulung bersama-sama digunakan sebagai elektroda SCT, dan ujung benang diikat untuk mencegah pelepasan selama pembuatan berikutnya (Gbr. 1a (II)). Mempertimbangkan kemampuan yang kuat untuk mendapatkan elektron, karet silikon dengan sifat mekanik yang unggul dipilih dengan cermat sebagai bahan pembungkus untuk mengenkapsulasi elektroda. Yaitu, SSCT disiapkan dan dianggap sebagai utas triboelektrik lainnya (Gbr. 1a (III)). Akhirnya, SCT dan SSCT terjalin satu sama lain untuk membentuk TENG berbentuk benang yang dapat diregangkan, tahan aus, dan murah dengan struktur heliks ganda (Gbr. 1a (IV)). Gambar cross-sectional scanning electron microscopy (SEM) dari SSCT ditunjukkan pada Gambar. 1b. Jelas bahwa lima ulir konduktif dilapisi erat oleh karet silikon untuk mencapai struktur all-in-one yang bertujuan untuk lebih banyak muatan induksi yang terjadi pada ulir konduktif internal. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 1c, d, mikrosfer kaca berlapis perak dengan diameter yang berbeda tertanam erat dalam karet silikon, yang dapat muncul struktur jaringan konduktif tiga dimensi dalam matriks karet. Akibatnya, SCT memiliki sifat konduktif yang luar biasa dan kemampuan yang sangat elastis. Untuk lebih menunjukkan kompatibilitas yang baik dari matriks organik homogen, gambar SEM yang diperbesar pada posisi sambungan antara SCT dan karet silikon berlapis ditunjukkan pada Gambar. 1e, f. Rupanya, tidak ada celah antara benang konduktif dan karet silikon berlapis sehingga mereka menerapkan struktur terintegrasi yang dirancang dengan baik. Gambar 1g menampilkan SATT yang dihasilkan dengan benang pemulung energi heliks ganda, dan gambar bawah dari Gambar 1g menunjukkan daya regangan SATT. Hasilnya menunjukkan bahwa TENG berbentuk benang dapat diperpanjang hingga 100%, yang jauh lebih unggul dari laporan sebelumnya tentang TENG berbasis benang [26,27,28].
a Diagram skema untuk proses fabrikasi perangkat SATT. b –d Gambar SEM dari tampilan penampang SSCT pada perbesaran yang berbeda. e , f Gambar SEM dari posisi sambungan antara SCT dan karet silikon berlapis pada perbesaran yang berbeda. g Foto-foto SATT yang disiapkan dengan demonstrasi peregangan pada regangan 100%.
Meskipun dibuat dengan struktur heliks ganda yang kompleks, SATT dapat diperkirakan sebagai sejumlah besar kapasitor yang terhubung secara paralel tanpa mempertimbangkan efek tepi. Dengan demikian, mekanisme kerja SATT dapat disederhanakan menjadi proses pemisahan kontak yang khas antara SCT dan SSCT dalam siklus pelepasan peregangan. Mekanisme pembangkit listrik SATT berdasarkan efek kopling dari elektrifikasi kontak dan induksi elektrostatik digambarkan pada Gambar. 2a. Dalam keadaan aslinya, permukaan karet silikon menerima muatan negatif, sedangkan muatan positif yang setara dihasilkan pada elektroda, masing-masing, karena elektrifikasi kontak. Ketika tegangan tarik diterapkan pada SATT, jarak antara permukaan silikon dan elektroda meningkat dan menyebabkan perbedaan potensial listrik. Elektron mengalir antara dua elektroda melalui sirkuit eksternal, menghasilkan pembentukan arus listrik. Sampai jaraknya cukup jauh, terjadi keadaan setimbang elektron yang menghentikan transfer. Ketika tegangan tarik dilepaskan, elektron mengalir terbalik di antara elektroda untuk mewujudkan keseimbangan muatan. Setelah SATT sepenuhnya dikembalikan ke keadaan semula, muatan dinetralkan kembali sepenuhnya. Dengan demikian, SATT dapat menghasilkan energi listrik keluaran dalam gerakan periodik pelepas regangan yang berkelanjutan.
a Mekanisme pembangkitan daya SATT pada proses pelepas regangan. b Hasil simulasi distribusi potensial menggunakan software COMSOL. c Hambatan benang konduktif dengan panjang 5 cm pada strain mount yang berbeda. d Gaya tarik yang dialami oleh jumlah benang konduktif yang berbeda sebagai fungsi dari jumlah regangan. e Uji ketahanan tarik SCT dalam regangan 100%. f Tegangan keluaran dan arus ulir konduktif pada dudukan regangan yang berbeda. g Tegangan rangkaian terbuka SATT dengan panjang 5 cm pada regangan 100%. h Tampilan area yang diperbesar yang ditunjukkan oleh kotak hitam putus-putus di panel g
Selanjutnya, kami membuat simulasi metode elemen hingga (FEM) berdasarkan perangkat lunak COMSOL untuk menganalisis secara kuantitatif mekanisme kerja SATT. Dalam model ini, dua densitas muatan tribo ± 1μC/m
2
ditempatkan pada permukaan ulir. Perlu dicatat bahwa jumlah muatan awal pada permukaan ulir hanya mempengaruhi potensial listrik yang dihitung; namun, tren perubahan relatif dari potensial listrik akan menjadi invarian. Gambar 2b menunjukkan distribusi potensial listrik SATT pada gaya tarik yang berbeda. Ketika gaya regangan eksternal tidak ada, perbedaan potensial dari seluruh perangkat hampir nol. Saat SATT diregangkan ke luar, muatan tribo positif dan negatif dipisahkan, dan beda potensial akan meningkat. Akibatnya, terbukti bahwa hasil simulasi oleh perangkat lunak COMSOL konsisten dengan proses analisis teoritis mekanisme kerja di atas.
Untuk elektroda yang dapat diregangkan dengan nyaman, konduktivitas listrik merupakan faktor yang cukup penting. Elektroda berbentuk benang yang dapat diregangkan dengan mikrosfer kaca berlapis perak yang tersebar dalam elastomer karet silikon diregangkan pada regangan yang berbeda untuk menyebabkan konduktivitas listrik yang bervariasi. Penting untuk mempelajari secara sistematis hubungan antara jumlah utas konduktif, panjang regangan, dan resistansi elektroda. Gambar 2c menunjukkan resistansi satu hingga lima ulir konduktif dengan panjang 5 cm pada dudukan regangan yang berbeda. Dalam kisaran regangan 50%, resistansi elektroda dengan jumlah benang konduktif yang berbeda hampir tidak berubah selama proses peregangan dan pelepasan. Namun, dengan meningkatnya jumlah regangan, semakin banyak jumlah utas konduktif, semakin rendah nilai resistansi elektroda. Gambar 2d menunjukkan gaya tarik yang dialami oleh jumlah benang konduktif yang berbeda sebagai fungsi dari jumlah regangan. Jelas, gaya tarik akan membesar ketika jumlah benang konduktif meningkat. Mengingat lebih mudah untuk dirangsang oleh gaya tarik, lima benang konduktif terjalin dipilih sebagai elektroda SCT dalam pekerjaan ini. Daya tahan tarik SCT dalam regangan 100% dilakukan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 2e. Hasilnya menunjukkan bahwa SCT adalah elastomer konduktif yang sangat baik terutama menunjukkan reversibilitas yang sangat stabil. Selain itu, kinerja keluaran listrik dari benang pemulung energi heliks ganda dilakukan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 2f. Seiring bertambahnya jumlah benang konduktif, area kontak antara elektroda dan karet silikon diperbesar, menghasilkan lebih banyak muatan yang ditransfer antara benang triboelektrik di bawah gerakan pelepasan peregangan. Dengan demikian, baik tegangan hubung terbuka keluaran dan arus hubung singkat meningkat. Gambar 2g menunjukkan bahwa SATT dengan panjang 5 cm dapat menghasilkan tegangan hubung terbuka sebesar 3,82 V dan arus hubung singkat sebesar 65,8 nA pada regangan 100%. Tampilan yang diperbesar dari satu siklus tegangan ditunjukkan pada Gambar. 2h. Perlu dicatat bahwa waktu respons dan pemulihan SATT yang terdiri dari SCT dan SSCT masing-masing adalah 48 ms dan 220 ms pada 1 Hz. Akibatnya, SATT diharapkan dapat digunakan sebagai elektronik penginderaan tarik bertenaga sendiri untuk memantau sinyal fisiologis manusia.
Energi mekanik dari gerak manusia telah menjadi sumber energi yang sering digunakan karena berbagai keunggulannya seperti universalitas, terbarukan, dan stabilitas. Tekstil cerdas dan pakaian cerdas yang mengumpulkan energi mekanik dari gerakan manusia telah diteliti secara luas [29,30,31]. Namun, karena kurangnya daya regang yang sangat baik, kenyamanan tekstil pintar berdasarkan strip fleksibel merupakan faktor yang sangat penting yang menghambat pengembangan kain cerdas. Mengingat karakteristik perangkat SATT yang dapat diregangkan dengan baik, tekstil self-powered yang ringan, nyaman, dan dapat dipakai ditampilkan di sini. Unit SCT dan SSCT ditenun menjadi SPST dengan tenunan polos tradisional. Ilustrasi skema dan foto perangkat SPST (5 × 7 cm
2
) ditunjukkan pada Gambar. 3a, b. Perlu dicatat bahwa gerakan biologis biasanya dianggap memanjang dalam regangan 5-30%, yang membutuhkan kompatibilitas regangan yang jauh lebih tinggi dari elektronik yang dapat dipakai untuk memastikan operasi stabil jangka panjang di bawah tekanan mekanis [32,33,34]. Gambar 3c menyajikan grafik skema peregangan dari regangan 100% yang sengaja diregangkan dari perangkat SPST menggunakan motor linier. Mekanisme kerja pelepas regangan SPST sama dengan SATT yang fokusnya adalah menghubungkan semua terminal STC sebagai port pengujian dan elektroda di SSTC bersama-sama sebagai port pengujian lainnya. Tegangan hubung-terbuka dan arus hubung-singkat perangkat SPST masing-masing sekitar 8,1 V dan 0,42 A dalam proses eksitasi pelepas regangan (Gbr. 3d, e). Karena daya regangan yang tinggi dan kinerja keluaran yang stabil, SPST dapat bertindak sebagai perangkat pemantauan mandiri untuk mengais energi kinetik peregangan untuk sendi manusia.
a Ilustrasi skema SPST. b Gambar foto SPST. c Grafik skema regangan SPST pada regangan 100%. d Tegangan keluaran dan e arus keluaran SPST pada siklus pelepas regangan berkala
Selanjutnya, mengingat perangkat SPST muncul proses pemisahan kontak dengan kain pakaian lain selama gerakan manusia yang sebenarnya, kinerja output dengan penyadapan kapas SPST dicapai dalam proses penyadapan berkala motor linier (Gbr. 4a). Mekanisme pembangkitan listrik dengan penyadapan kapas SPST digambarkan pada Gambar 4b. Dalam siklus penyadapan berkala, mode pemisahan kontak terjadi antara kapas dan dua jenis bahan di luar SPST. Dengan demikian, muatan induksi elektrostatik mengalir di antara elektroda SPST. Gambar 4c, d menampilkan tegangan hubung-terbuka dan arus hubung-pendek di bawah gaya 100 N. Hebatnya, tegangan hubung-terbuka SPST adalah sekitar 150 V pada frekuensi sadapan yang berbeda, yang tidak bergantung pada frekuensi operasi. Namun, arus hubung singkat SPST adalah sekitar 0,96, 1,31, 1,55, 1,77, dan 2,45 A dengan frekuensi masing-masing 0,5, 1, 1,5, 2, dan 3 Hz. Hal ini karena waktu untuk pemisahan kontak menjadi lebih pendek dengan frekuensi yang lebih tinggi sehingga jumlah muatan yang sama menyebabkan arus yang lebih besar (Isc =dQsc/dt). Selanjutnya, SPST bertindak sebagai perangkat suplai energi yang biasanya terhubung dengan beban eksternal dalam aplikasi praktis. File tambahan 1:Gambar S1 menyajikan tegangan output sebagai fungsi dari resistansi beban eksternal dari 1 MΩ hingga 1 GΩ. Daya keluaran SPST yang terhubung ke beban eksternal dengan berbagai level dapat diperoleh, karena daya keluaran ditentukan oleh U
2
/R. Jelas, daya keluaran meningkat pada awalnya dan kemudian menurun, mencapai nilai maksimum 163,3 W ketika resistansi beban eksternal sekitar 120 MΩ. Selain itu, pengujian stabilitas SPST dilakukan selama 10.000 siklus, seperti yang ditunjukkan pada file tambahan 1:Gambar S2. Jelas, tegangan output SPST tidak menurun dalam siklus pengujian berkala, sehingga SPST memiliki umur panjang yang luar biasa. Listrik yang dihasilkan dari penyadapan kapas SPST dapat disimpan ke dalam kapasitor untuk memasok daya untuk elektronik yang dapat dikenakan. Gambar 4e menunjukkan bahwa kurva pengisian berbagai kapasitas pada frekuensi 3 Hz dan gaya 100 N. Tegangan kapasitor 0,47 F dapat diisi hingga 14 V selama 150 s. Dengan meningkatnya kapasitas kapasitor, dibutuhkan waktu lebih lama untuk mencapai tegangan tinggi yang sama. Karena kinerja keluaran yang luar biasa, perangkat kapas SPST dapat langsung menyalakan LED dan menyalakan jam tangan listrik komersial dengan energi listrik yang tersimpan dalam kapasitor (Gbr. 4f dan File tambahan 2:Video S1, S2). Hasil ini menunjukkan bahwa perangkat SPST dapat menyediakan energi listrik untuk elektronik komersial untuk mempertahankan operasi normal.
a Ilustrasi skema penyadapan kapas SPST. b Mekanisme pembangkitan listrik dengan penyadapan kapas SPST. c Tegangan rangkaian terbuka dan d arus hubung singkat dengan penyadapan kapas SPST pada frekuensi penyadapan yang berbeda. e Kurva tegangan terukur dari berbagai kapasitor pada frekuensi 3 Hz dan gaya 100 N. f LED dan jam tangan listrik digerakkan oleh perangkat kapas SPST
Karena dapat diregangkan dan mudah dipasang di sebagian besar tubuh, TENG berbentuk benang dapat bertindak sebagai perangkat elektronik aktif yang dapat dipakai untuk mendeteksi gerakan tubuh. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 5a dan File tambahan 2:Video S3, perangkat SATT dipasang pada angka indeks subjek untuk merespons lima keadaan gerak pelepas lentur. Jelas, puncak tegangan keluaran meningkat dengan memperbesar amplitudo gerak, yaitu, sinyal pemantauan keluaran ditentukan oleh besarnya gerakan peregangan. Perilaku mengkonfirmasi bahwa SATT dapat digunakan sebagai sensor aktif bertenaga sendiri tanpa daya eksternal untuk secara kuantitatif mengkarakterisasi status gerakan jari. Selanjutnya, tegangan rangkaian terbuka SPST yang dijalin oleh unit SCT dan SSCT stabil dan tidak bergantung pada frekuensi operasi, yang dapat digunakan sebagai sinyal keluaran dari pemantauan gerakan. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 5b, c, SPST dipasang pada sendi tubuh manusia untuk melakukan pemanenan energi dan pemantauan kondisi. Ketika perilaku fleksi dan ekstensi dari siku dan lutut muncul, mode pelepasan regangan dari SPST dan mode pemisahan kontak dari kapas SPST menghasilkan, menghasilkan sinyal listrik bolak-balik yang dihasilkan. Jelas, perangkat SPST sangat memenuhi persyaratan tentang sifat elastis untuk tekstil pintar, dan tegangan keluaran masing-masing dapat mencapai sekitar 105 V dan 116,9 V pada sudut tekuk maksimum sendi siku dan lutut. Arus keluaran respons masing-masing sekitar 0,73 A dan 0,89 A. Oleh karena itu, SPST yang dirancang dengan cermat menyediakan metode catu daya yang menjanjikan untuk perangkat elektronik yang dapat dikenakan dengan mengumpulkan energi gerakan sendi tubuh dan akan memainkan peran yang sangat penting dalam aplikasi pelatihan rehabilitasi pasien dan aktivitas lintasan.
a SATT sebagai sensor aktif mandiri untuk mendeteksi status gerakan jari. b SPST dipasang di siku c lutut untuk melakukan pemanenan energi dan pemantauan kondisi
Kesimpulan
Ringkasnya, makalah ini mendemonstrasikan elektronik yang dapat dipakai berbentuk benang semua karet yang dapat direnggangkan dengan menggunakan mikrosfer kaca berlapis perak dan karet silikon sebagai bahan sumber. SATT dengan regangan 100% dapat mengubah energi mekanik tarik menjadi energi listrik melalui efek elektrostatik dan didemonstrasikan sebagai sensor self-powered untuk melacak gerakan sendi jari secara kuantitatif. Selain itu, benang triboelektrik SCT dan SSCT dijalin menjadi SPST dengan tenunan polos tradisional, yang menghasilkan tegangan hubung-terbuka sebesar 8,1 V dan arus hubung singkat sebesar 0,42 A melalui interaksi pelepas regangan antara unit rajut dan daya output maksimum dari 163,3 W pada tahanan beban eksternal 120 MΩ dengan cara penyadapan kapas SPST. Dengan kinerja tegangan keluaran yang stabil dan besar, SPST telah diidentifikasi sebagai sumber daya yang efektif untuk memasok energi listrik untuk elektronik komersial. Karena dapat diregangkan dan dapat dipakai, SPST memberikan solusi efektif untuk mengumpulkan energi biomekanik dari gerakan sendi manusia dan diharapkan dapat mengembangkan potensi besar dalam aplikasi sistem medis dan teknologi pelacakan pintar mandiri.
Ketersediaan Data dan Materi
Semua data yang dihasilkan atau dianalisis selama penelitian ini disertakan dalam artikel yang diterbitkan ini dan file informasi tambahannya.
Singkatan
SATT:
TENG berbentuk benang berbahan dasar karet yang dapat diregangkan
