作者:苔莎·米
宾夕法尼亚州立大学皮克 宾夕法尼亚州立大学工程科学与力学系职业发展教授多萝西·奎格勒(Dorothy Quiggle)领导的一个国际研究团队开发了一种自供电、可拉伸的系统，将用于可穿戴健康监测和诊断设备
学分:宾夕法尼亚州立工程学院 宾夕法尼亚州立大学工程科学与力学系职业发展教授“拉里”程带领的一个国际研究小组称，一个能够从人类呼吸和运动中获取能量、用于可穿戴健康监测设备的可伸展系统可能成为可能
该研究团队的成员来自中国的宾夕法尼亚州立大学、闽江大学和南京大学，他们最近在《纳米能源》杂志上发表了研究结果
程说，目前为可穿戴式和可拉伸式健康监测和诊断设备供电的电池和超级电容器有许多缺点，包括能量密度低和拉伸能力有限
“这与我们之前的工作有很大不同，但这是等式中至关重要的一部分，”程说，他指出，他的研究小组和合作者倾向于专注于开发可穿戴设备中的传感器
“在研究气体传感器和其他可穿戴设备时，我们总是需要将这些设备与电池结合起来供电
使用微型超级电容器使我们能够在不需要电池的情况下给传感器自供电
" 微型超级电容器是电池的替代品，是一种储能设备，可以在可穿戴设备中补充或替代锂离子电池
微型超级电容器占地面积小，功率密度高，能够快速充电和放电
然而，程表示，传统的微型超级电容器在为可穿戴设备制造时，具有“三明治式”堆叠结构，与可穿戴电子设备结合时，灵活性差、离子扩散距离长、集成过程复杂
这导致程和他的团队探索替代设备架构和集成过程，以推进微型超级电容器在可穿戴设备中的使用
他们发现，将微型超级电容器电池排列成蜿蜒的岛桥布局，可以使这种结构在桥上伸展和弯曲，同时减少微型超级电容器(岛)的变形
当结合在一起时，这种结构就变成了研究人员所说的“微型超级电容器阵列”
" “通过在连接电池时使用岛桥设计，微型超级电容器阵列显示出增加的伸展性，并允许可调电压输出，”程说
“这使得系统可以被可逆地拉伸到100%
" 程和他的团队通过使用非层状超薄锌-磷纳米片和三维激光诱导石墨烯泡沫(一种高度多孔、自发热的纳米材料)来构建细胞的岛桥设计，看到了电导率和吸收的带电离子数量的显著改善
这证明了这些微型超级电容器阵列可以有效地充电和放电，并存储为可穿戴设备供电所需的能量
研究人员还将该系统与摩擦电纳米发电机集成在一起，摩擦电纳米发电机是一种将机械运动转化为电能的新兴技术
这种结合创造了一个自供电系统
“当我们有了这种基于摩擦电纳米发电机的无线充电模块，我们可以根据运动来获取能量，比如弯曲你的肘部或者呼吸和说话，”程说
“我们能够利用这些日常人体动作为微型超级电容器充电
" 程说，通过将这个集成系统与基于石墨烯的应变传感器相结合，由摩擦电纳米发电机充电的储能微型超级电容器阵列能够为传感器供电，这表明了这个系统为可穿戴、可拉伸设备供电的潜力
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