3D-gedruckte auxetische Struktur-unterstützte piezoelektrische Energieernte und Sensorik

Zusammenfassung Die rasante Entwicklung tragbarer elektronischer Systeme erfordert eine nachhaltige Energiequelle, die Energie aus der Umgebung gewinnen kann und keine häufige Aufladung benötigt. Piezoelektrische Polymerfilme sind ein perfekter Kandidat zur Herstellung piezoelektrischer Nanogeneratoren (PENGs), um mechanische Energie aus der Umwelt zu gewinnen, aufgrund ihrer Flexibilität, guten Piezoelektrizität und umweltunabhängigen stabilen Leistung wegen ihrer inhärenten Polarisation. Die meisten ihrer Anwendungen sind jedoch auf die Druckmodus-Energieernte beschränkt, die auf dem 3-3-Richtungs-Piezoelektrik-Effekt basiert, jeweils bedingt durch molekulare Polarisation und Nichtdehnfähigkeit. In dieser Arbeit wird durch den 3D-Druck einer auxetischen Struktur auf einem polymerfilm-basierten PENG die Biegeverformung des PENG in eine gut kontrollierte in-der-Richtung-Streckverformung umgewandelt, die den 3-1-Richtungs-Piezoelektrik-Effekt ermöglicht. Der synklastische Effekt der auxetischen Struktur wird erstmals in einem flexiblen Energieerntegerät angewendet, was die zuvor ungenutzte Biegeverformung auf einem Film zu einem wertvollen Gerät zur Energieernte macht und die Biegespannung des PENG um das 8,3-fache erhöht. Die auxetische Struktur-unterstützte PENG wird auch als Sensor demonstriert, um den Biegewinkel zu erkennen und die Bewegung zu überwachen, indem sie an verschiedenen Gelenken des menschlichen Körpers und an einem weichen Roboterfinger montiert wird.