Недавно исследовательская группа под руководством доцента Тхэ-Ук Кима с факультета гибкой и печатаемой электроники Национального университета Чонбук в Южной Корее добилась значительного прогресса в области трибоэлектрических наногенераторов (TENG). Путем перепроектирования внутренней структуры двумерных монокристаллических металлических нанолистов им удалось успешно разработать новый материал, обладающий одновременно высокой выходной мощностью, долговечностью и многофункциональностью. Соответствующие результаты исследования были опубликованы в научном журнале «Advanced Materials».
В настоящее время, хотя двумерные металлические нанолисты и рассматриваются как идеальная платформа для устройств следующего поколения с автономным питанием, их применение в технологии сбора энергии TENG долгое время ограничивалось низким выходным током и недостаточной долговечностью. Ключевая инновация команды Кима заключается в создании медных нанолистов с «иерархической пористой структурой». Эта уникальная иерархическая пористая архитектура значительно увеличивает эффективную площадь контакта материала и плотность поверхностного заряда, что принципиально повышает эффективность преобразования электроэнергии в TENG. Экспериментальные данные показывают, что TENG на основе этих пористых медных нанолистов демонстрирует ошеломляющее увеличение электрической выходной мощности на 590% по сравнению с традиционными TENG на основе медных плёнок, напрямую решая ключевую проблему низкой выходной мощности в этой области.
Ещё одним выдающимся преимуществом данного исследования является его превосходная практичность и возможность интеграции множества функций. Метод изготовления использует простой процесс распыления, что облегчает масштабирование производства. Испытания показывают, что устройство сохраняет стабильную производительность даже после 100 000 повторяющихся механических циклов, полностью удовлетворяя строгим требованиям к долговечности носимых устройств. Более того, этот материал из пористых медных нанолистов также интегрирует функции экранирования от электромагнитных помех и джоулева нагрева. Это означает, что одно покрытие из этого материала может одновременно выполнять три функции: сбор энергии от движения тела, обеспечение электромагнитной защиты электронных устройств и выработка тепла по требованию, что предоставляет огромные удобства для интегрального дизайна умных текстильных изделий.
Результаты этого исследования имеют широкие перспективы применения и знаменуют собой ключевой шаг на пути к созданию по-настоящему автономных, многофункциональных носимых электронных систем. Исследователи прогнозируют, что в ближайшие пять-десять лет эта технология может породить новое поколение умной одежды. Повседневная одежда людей сможет непрерывно вырабатывать электричество из простых действий, таких как ходьба или растяжка, освобождая от зависимости от громоздких батарей и частой подзарядки. Такая автономная одежда сможет бесшовно отслеживать показатели здоровья, такие как физическая активность, температура тела или частота сердечных сокращений, способствуя переходу к режиму медицинского управления здоровьем в реальном времени и профилактического характера. В конечном итоге, эта технология позволит сделать носимые устройства более незаметными, устойчивыми и глубоко интегрированными в повседневную жизнь, превращая обычную одежду в умную, автономную технологическую платформу.
Детали публикации: Авторы: Дэ-Хон Ким и др., Название: «Реконструкция иерархической пористой структуры в двумерных металлических нанолистах для многофункциональных трибоэлектрических наногенераторов», Опубликовано в: «Advanced Materials» (2025). Информация о журнале: «Advanced Materials»
