科学家制作出静电超微细触觉传感器

二维折叠纳米结构，效率提高40%。

在物联网（IoT）推动下的超级互联世界中，能够随时随地收发信号和信息的超微型、低功耗传感器和设备将成为人们生活中不可或缺的一部分。问题是如何不断地为连接到系统的无数电子设备供电。这是因为使用传统的充电和更换方式很难减小电池的尺寸和重量。

人们认为能够为这个问题提供根本解决办法的是摩擦发电机。它通过诱导不同材料之间的接触产生摩擦电，以半永久的方式产生能量，就像日常生活中产生静电一样。

韩国科学技术研究所（KIST）宣布，由功能复合材料研究中心（Center for Functional Composite Material Research）的Seoung Ki Lee博士领导的一个研究小组通过与全武国立大学高级材料工程教授张秋贞合作，开发了一种触摸传感器，该传感器通过形成皱褶结构使摩擦起电效率提高了40％以上。

柔性基板上可穿戴式触摸传感器的图像。

一般的摩擦发电机不能应用于可穿戴电子设备，因为如果提高其发电能力，它们将变得过于庞大和沉重。为了找到一个解决方案，正在进行的研究涉及到应用一种原子薄的二维半导体材料作为产生摩擦电的活性层具有优异的物理性能。

所产生的摩擦电强度随两种材料接触的类型而变化。在过去使用的二维材料中，电荷与绝缘材料之间的转移并不顺利，从而大大降低了摩擦电产生的能量输出。

由韩国科学院和全布克国立大学组成的联合研究小组调整了二维半导体二硫化钼（MoS2）的性质，并改变了其结构，以提高摩擦发电效率。在半导体制造过程中，材料在强热处理过程中发生了皱缩，这导致材料产生了内部应力产生的褶皱。由于皱褶有助于增加单位面积的接触面积，表面皱缩的MoS2器件可以产生比平面器件多40%的功率。不仅如此，在一次循环实验中，即使在重复10000次之后，摩擦电输出仍然保持在稳定的水平。

联合研究小组将上述研发出的皱缩二维材料应用于可用于触摸板或触摸屏显示器的触摸传感器上，研制出一种轻巧灵活的自供电触摸传感器，无需电池即可工作。这种具有高发电效率的触摸传感器对刺激非常敏感，即使在很小的力下也可以识别触摸信号，而不需要任何电力。

来自KIST的Seoung Ki Lee博士说：“控制半导体材料的内应力在半导体工业中是一项有用的技术，但是，这是第一次实施一种材料合成技术，它涉及二维半导体材料的合成和内应力的应用，它提供了一种通过将材料与聚合物结合来提高摩擦发电效率的方法，并将作为催化剂用于开发基于二维物质的下一代功能材料。”

参考文献：“激光定向合成应变诱导皱缩MoS2结构以增强触觉传感器的摩擦带电”，作者：Seongwoong Park、Jiseul Park、Yeon gyu Kim、Sukang Bae、Tae-Wook Kim、Kwi-Park、Byung-Hee Hong、Chang-Kyu-Jeong和Seong-KiLee，2020年8月14日，纳米能源。

DOI:10.1016/j.nanoen.2020.105266

这项研究是在科学和信息通信技术部（MSIT）的资助下进行的，这是韩国科学技术研究院的机构研发计划和未来研究人员支持计划的一部分。这篇文章发表在最新一期的《纳米能源》（IF:16.602，JCR领域排名前4.299%）上，该杂志是纳米技术领域的国际领先期刊。