根據(jù)賓州州立大學(xué)多蘿西·奎格（DorothyQuiggle）職業(yè)發(fā)展教授，和教授Huanyu“Larry”Cheng領(lǐng)導(dǎo)的國際研究小組的說法，一個可伸縮的系統(tǒng)可能會從人體的呼吸和運動中獲取能量，用于可穿戴式健康監(jiān)測設(shè)備。

由賓州州立大學(xué)，閩江大學(xué)和南京大學(xué)組成的研究團隊最近在中國的《納米能源》上發(fā)表了研究結(jié)果。

Cheng表示，為可穿戴和可伸展的健康監(jiān)測和診斷設(shè)備提供動力的當(dāng)前電池和超級電容器存在許多缺點，包括能量密度低和可拉伸性有限。

Cheng說：“這與我們以前的工作有很大不同，但這是方程式的重要組成部分?！彼赋?，他的研究小組和合作者傾向于將重點放在開發(fā)可穿戴設(shè)備中的傳感器上。“在氣體傳感器和其他可穿戴設(shè)備上工作時，我們總是需要將這些設(shè)備與電池組合在一起才能供電。使用微型超級電容器使我們能夠在不需要電池的情況下自給傳感器供電。”

微型超級電容器是電池的替代品，是可以補充或替代可穿戴設(shè)備中鋰離子電池的儲能設(shè)備。微型超級電容器占地面積小，功率密度高，并且具有快速充電和放電的能力。然而，根據(jù)Cheng的說法，當(dāng)為可穿戴設(shè)備制造時，常規(guī)的微型超級電容器具有“三明治”式的堆疊幾何形狀，與可穿戴電子設(shè)備結(jié)合使用時，柔性，長離子擴散距離長且集成過程復(fù)雜。

這促使Cheng和他的團隊探索替代設(shè)備的體系結(jié)構(gòu)和集成過程，以促進可穿戴設(shè)備中微型超級電容器的使用。他們發(fā)現(xiàn)，將微型超級電容器單元排列成蛇形島橋布局，可使配置在橋處拉伸和彎曲，同時減少微型超級電容器（即島）的變形。當(dāng)組合在一起時，該結(jié)構(gòu)便成為研究人員所稱的“微型超級電容器陣列”。

Cheng說：“通過在連接電池時采用島橋設(shè)計，微超級電容器陣列顯示出增加的可拉伸性，并允許可調(diào)電壓輸出。”“這使系統(tǒng)可逆地拉伸到100％。”

通過使用無層超薄鋅-磷納米片和3D激光誘導(dǎo)的石墨烯泡沫-一種高度多孔的自熱納米材料-構(gòu)建電池的島橋設(shè)計，Cheng和他的團隊看到了電學(xué)方面的巨大改進電導(dǎo)率和吸收的帶電離子數(shù)。這證明了這些微型超級電容器陣列可以高效充電和放電，并存儲為可穿戴設(shè)備供電所需的能量。

研究人員還將該系統(tǒng)與摩擦電納米發(fā)電機相集成，這是一種將機械運動轉(zhuǎn)換為電能的新興技術(shù)。這種結(jié)合創(chuàng)造了一個自供電系統(tǒng)。

程說：“當(dāng)我們有了基于摩擦納米發(fā)電機的無線充電模塊時，我們可以基于運動來收集能量，例如彎曲肘部或呼吸和說話。”“我們能夠利用這些日常的人類運動來給微型超級電容器充電。”

通過將集成的系統(tǒng)與基于石墨烯的應(yīng)變傳感器相結(jié)合，由摩擦電納米發(fā)電機充電的儲能微型超級電容器陣列能夠為傳感器供電，Cheng說，這表明該系統(tǒng)有可能為可穿戴設(shè)備供電，可伸縮設(shè)備。

該項目的其他研究人員包括曾教授，助理教授。彭志祥，研究助理；超星，副教授；陳華明，副教授；Min江大學(xué)的助理教授黃春雷和王軍的教授；ing江大學(xué)功能海洋傳感材料福建省重點實驗室助理教授唐紹龍，南京大學(xué)物理學(xué)教授。

國家自然科學(xué)基金；福建省青年教育委員會；美國國家科學(xué)基金會；美國國立衛(wèi)生研究院國家心臟，肺和血液研究所對此工作提供了支持。