Skin‐Matched Ferroelectric Triboelectric Interfaces for Self‐Powered Human‐Machine Interactions Under Ultralow Force

材料科学 摩擦电效应 铁电性 能量收集 多孔性 纳米技术 光电子学 压力(语言学) 电介质 机械能 接口(物质) 模数 电子皮肤 复合材料 变形(气象学) 纳米发生器 压电 介电常数 功率(物理) 接口 电极 静电感应 弹性模量 悬臂梁
作者
Jihun Son,Minwoo Song,Won Jae Kim,Jaeha Park,Minjin Kim,Gui Won Hwang,Gyun Ro Kang,Changrok Park,Junchul Bae,Kayeon Kang,Changhyun Pang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.79533
摘要

ABSTRACT Triboelectric nanogenerators (TENGs) have emerged as promising power sources for self‐powered human‐machine interfaces (HMIs). However, self‐powered sensing interfacing with the human body requires matching with the low‐elasticity human skin, as well as high‐efficiency energy production in response to skin interface compliance and minute skin movements. Here, we present a skin‐matched self‐powered HMI based on a ferroelectric three‐dimensional porous triboelectric interface (f‐3PT). The interconnected porous microarchitecture redistributes mechanical stress to achieve an ultralow Young's modulus (<20 kPa), enabling compliance with diverse minute skin deformations. The ultracompliant porous framework undergoes localized deformation under subtle mechanical stimuli, while uniformly dispersed ferroelectric fillers enhance dielectric permittivity and polarization. This structural‐material synergy maximizes triboelectric charge generation, achieving a power density of ∼140 mW m − 2 under an ultralow preload (<0.2 N). Furthermore, integration with a bioinspired adhesive interface and an orthogonal stretchable wrinkle electrode preserves a skin‐level effective modulus (≈80 kPa) for the fully integrated device while simultaneously providing robust skin adhesion, high breathability, and stable operation under elevated‐temperature and underwater conditions. The resulting platform enables reliable biomechanical sensing and energy harvesting from subtle human motions, offering a general design strategy for next‐generation skin‐matched self‐powered skin electronics.
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