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不规则形状的印刷电路;sweat-powered电池;光伏发电在室内。

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不规则形状上的印刷电路
宾夕法尼亚州立大学的研究人员提出了一种方法打印可生物降解的电路在不规则复杂的形状上。

宾夕法尼亚州立大学工程科学与力学学院(ESM)教授程焕宇说:“我们正在尝试在自由形状的三维几何图形上直接制造电路。”“在复杂物体上打印可以实现未来的物联网,电路可以连接我们周围的各种物体,无论是智能家居传感器、一起执行复杂任务的机器人,还是放置在人体上的设备。”

这种印刷方法使用了一种薄膜,上面覆盖着由锌纳米颗粒制成的油墨。这个薄膜附着在目标表面的掩模覆盖层上。研究人员随后用高能氙光脉冲穿透薄膜。在几毫秒内,来自这种光的能量激发了粒子,足以将它们通过模板转移到新的表面。

在这种方法的测试中,研究人员在玻璃烧杯和贝壳上打印。转移的锌形成了一个导电的电子电路,可以用作传感器或天线。


研究人员演示了一种新的印刷方法,使用脉冲光将电子电路传输到贝壳上,如图所示。(资料来源:詹妮弗·麦肯/宾夕法尼亚州立大学)

该团队表示,与其他技术相比,打印过程更快,成本更低,因为它不需要昂贵的设备或真空加压时间。Cheng指出,这些电路也是可生物降解的。“我们的电子产品大约每两年更新一次,这就产生了大量的电子垃圾。当我们展望未来时,如果我们的电子产品足够环保,可以被冲进厕所,它们的使用将对环境更好。”

程补充说,生物降解性也允许设备被安全地销毁。“如果你的设备只是用软件加密的,那么它总有可能被破解,有可能泄露信息。这种可生物降解的设备可以被物理破坏,数据无法恢复;它提供了传统硅器件无法解决的独特机遇。”

他们还开发了一种方法,将印刷的锌电路浸入含铜或银的溶液中,使其寿命更长。他们计划研究如何使这一过程适合大规模生产,并优化它以在皮肤上打印。

Sweat-powered电池
来自新加坡南洋理工大学的研究人员开发了一种可伸缩的电池由汗水

这种电池由印刷银片电极构成,可以在汗液存在的情况下发电。当银片接触到汗液时,它的氯离子和酸性会使银片凝结在一起,增加了它们的导电能力。这种化学反应也会使电流在电极之间流动。

当电池被拉伸时,电阻会进一步降低。研究人员还指出,它可以承受日常活动带来的压力,包括反复暴露在压力和汗水中。

这种电池是扁平的,尺寸为2cm × 2cm,被设计成固定在柔软的吸汗织物上,织物可伸缩,可连接到手表、腕带或臂带等可穿戴设备上。

“通过利用无处不在的产品——汗水,我们可以寻找一种更环保的方式为不依赖于传统电池的可穿戴设备供电。它几乎是我们身体产生的能量来源。我们希望这种电池能够为各种可穿戴设备供电。”南洋理工大学研究生院院长兼教授Lee poi See说。

这种可伸缩的纺织品具有吸水性并能保持水分,所以当排汗速度不一致时,电池仍能保持供电。

南洋理工大学材料科学与工程学院的研究员吕健补充说,这种电池不含有毒成分。“传统电池比以往更便宜,也更常见,但它们通常使用对环境有害的不可持续材料。在可穿戴设备中,它们也有潜在的危害,损坏的电池可能会将有毒液体泄漏到人体皮肤上。我们的设备可以提供一个真正的机会,完全消除这些有毒物质。”

电池在测试中,一个人戴在手腕和自行车在一个静止的自行车30分钟能够产生4.2 V的电压和输出功率为3.9兆瓦,足够的权力是一个商业温度传感器装置,智能手机通过蓝牙发送数据不断。

研究人员计划继续研究电池,包括它与不同汗液成分的相互作用,以及体温等因素的影响。

光伏发电在室内
美国国家标准与技术研究所(NIST)的研究人员建议利用光伏发电捕捉室内人造光是一种可行的为小型传感器供电的方法。

领域“人们认为可以电力物联网设备与光伏模块从长远来看,但是我们还没有真正见过的数据来支持,所以这是第一步的说,我们可以做到,”安德鲁说,NIST的机械工程师。

该团队测试了由不同材料制成的小型模块化光伏器件:磷化镓铟(GaInP)、砷化镓(GaAs)和硅。

研究人员将这些几厘米宽的模块放置在一个白色LED的下面,LED被安置在一个不透明的黑盒子里,以阻挡外部光源。在整个实验期间,LED产生的光强度固定在1000勒克斯(lux),相当于一个光线充足的房间里的光强度。对于硅和砷化镓光伏组件来说,室内光线照射比阳光照射效率低,但GaInP组件在LED下的表现要比阳光下好得多。在室内,GaInP和GaAs模块都显著超过了硅模块,分别将23.1%和14.1%的LED灯转换成电能,而硅模块的功率转换效率为9.3%。

他们将性能最低但也是最便宜的硅设备连接到一个物联网示例设备,在这个例子中是一个温度传感器。当硅光伏器件被放置在LED下时,它能够将温度读数无线传输给附近的计算机,仅由硅模块供电。两个小时后,他们关掉黑匣子里的灯,传感器继续运行,电池耗尽的速度只有充电速度的一半。

肖尔说:“即使使用效率较低的迷你模块,我们发现我们仍然可以提供比无线传感器消耗更多的电力。”这表明,为室外使用设计的太阳能模块可以应用于室内应用,特别是在持续使用照明的商业应用中。

研究人员计划研究室内光伏在典型住宅场景下的表现。



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