Surface Textured Double Layer Triboelectric Nanogenerator for Autonomous and Ultra‐Sensitive Biomedical Sensing

摩擦电效应 纳米发生器 材料科学 弹性体 山脊 图层(电子) 可穿戴计算机 光电子学 纳米技术 声学 压电 复合材料 计算机科学 生物 物理 嵌入式系统 古生物学
作者
Raheel Riaz,Bhaskar Dudem,Martina Aurora Costa Angeli,Ali Douaki,Mukhtar Ahmad,Abraham Mejia‐Aguilar,Roberto Monsorno,Paolo Lugli,S. Ravi P. Silva,Luisa Petti
出处
期刊:Advanced materials and technologies [Wiley]
卷期号:8 (13) 被引量:8
标识
DOI:10.1002/admt.202202106
摘要

Abstract Triboelectric nanogenerators (TENGs) have demonstrated great promise especially for the realization of self‐powered biomedical sensors. Nevertheless, developing TENG sensors able to detect the broad range of biomechanical movements experienced on the human body is still a challenge. Herein, a unique ridge‐structured device sensitive to wide range of forces is reported (i.e., low‐forced pulse monitoring to high‐forced gait monitoring). The device is composed of thermoplastic polyurethane layer sandwiched between two textured silicon elastomeric layers. Compared to non‐textured surface configurations, the proposed ridged‐structure provides an increased frictional contact area between the triboelectric materials, while also acting as a spacer between the triboelectric materials. The influence of ridge dimensions on the output performance is investigated by mechanical simulations and electromechanical experimental tests. The optimized device shows a maximum peak output power and current densities of 490 mW m −2 and 1750 µA m −2 , respectively at 30 N and 7 Hz of compressive forces. The proposed device exhibits stable electrical output for 10000 cycles. As a proof of concept, the proposed device is used as wearable sensors for monitoring pulse rate, breath patterns, and gait movements. The study suggests the possibility of utilization of novel‐structured sandwich‐type elastomer ridge‐based TENG in different aspects of biomedical sensing and smart wearable application.
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