Makeutusaineesta suorituskykyinen energiamateriaali

Korealaisten Sungkyunkwanin ja Kyung Heen yliopistojen yhteistyötutkimus on luonut strategian, joka samanaikaisesti voittaa perinteisten hydrogeelipohjaisten triboelektristen nanogeneraattoreiden (TENG) rajoitukset – nimittäin alhaisen tehon, heikon mekaanisen lujuuden ja riittämättömän läpinäkyvyyden – käyttämällä biomimeettistä steviaa.

Lisäämällä steviaa polyvinyylialkoholiin (PVA) runsaat hydroksyyliryhmät (-OH) vahvistivat samanaikaisesti vetysidokseen perustuvaa silloittumisrakennetta ja kiteisiä domeeneja, mikä paransi merkittävästi sekä mekaanista lujuutta että ionijohtavuutta.

Tämän seurauksena stevia-PVA-hydrogeeli-TENG (S-TENG) osoitti noin 2–5 kertaa suurempaa mekaanista lujuutta ja 3–8 kertaa suurempaa sähkötehoa verrattuna perinteisiin 2D-materiaaleihin, biomateriaaleihin ja läpinäkyviin materiaaleihin perustuviin TENG-putkiin, samalla säilyttäen yli 70 %:n näkyvän valon läpäisyn. Vetolujuus ylitti 25 MPa (hydratoituneessa tilassa) ja murtovenymä ylitti 510 %.

Lisäksi tutkimusryhmä osoitti, että S-TENG säilytti vakaan lähtötehon (~800 V) 16 000 kontaktin irrotussyklin ajan, eikä sähkötehossa havaittu heikkenemistä 30 päivän huonelämpöisen säilytyksen jälkeen.

Steviahydrogeeliä voidaan myös kierrättää vesiavusteisen liuotus- ja uudelleengeeliytymisprosessin kautta, jolloin kierrätyksen jälkeen säilyy noin 600 V:n korkea lähtöjännite. Tämä osoittaa sen potentiaalin ympäristöystävällisenä materiaalina.

Lisäksi tutkimusryhmä kiinnitti S-TENGin eri kehon osiin – kuten ranteeseen, kyynärpäähän, polveen, sormeen ja kurkkuun – ja käytti sitä omavoimaisena anturina erilaisten ihmiskehon liikkeiden havaitsemiseen.

Vastaava kirjoittaja, professori Kyungwho Choi, toteaa: "On erittäin merkittävää, että kehitimme onnistuneesti biomassapohjaisesta steviasta johdetun hydrogeelielektrodin, joka samanaikaisesti parantaa läpinäkyvyyttä, mekaanista suorituskykyä ja sähköntuottoa ja varmistaa samalla kierrätettävyyden. Aiomme jatkaa tutkimusta tämän teknologian soveltamisesta monilla eri aloilla, mukaan lukien IoT-pohjaiset puettavat laitteet, kuntoutuksen seuranta ja älykkäät ihmisen ja koneen rajapinnat."

Aiheesta aiemmin:

Tribosähköinen nanogeneraattori kuparinanolevyistä

Nanohuokoinen pii tuottaa sähköä kitkasta veden kanssa

Puuvilla kerää sähköä kosteudesta