Smart Floor with Integrated Triboelectric Nanogenerator As Energy Harvester and Motion Sensor

摩擦电效应 纳米发生器 材料科学 能量收集 振动 电压 声学 电气工程 压电 复合材料 能量(信号处理) 工程类 物理 量子力学
作者
Chuan He,Weijun Zhu,Baodong Chen,Liang Xu,Tao Jiang,Chang Bao Han,Guang Qin Gu,Dichen Li,Zhong Lin Wang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:9 (31): 26126-26133 被引量:100
标识
DOI:10.1021/acsami.7b08526
摘要

A smart floor is demonstrated by integrating a square-frame triboelectric nanogenerator (SF-TENG) into a standard wood floor. The smart floor has two working modes based on two pairs of triboelectric materials: one is purposely chosen polytetrafluoroethylene films and aluminum (Al) balls, and the other is the floor itself and the objects that can be triboelectrically charged, such as basketball, shoe soles, and Scotch tape, etc. Utilizing the Al balls enclosed inside shallow boxes, the smart floor is capable of harvesting vibrational energy and, hence, provides a nonintrusive way to detect sudden falls in elderly people. In addition, when the basketball is bounced repeatedly on the floor, the average output voltage and current are 364 ± 43 V and 9 ± 1 μA, respectively, and 87 serially connected light-emitting diodes can be lit up simultaneously. Furthermore, the friction between the triboelectrically chargeable objects and the floor can also induce an alternating current output in the external circuit without the vibration of the Al balls. Normal human footsteps on the floor produce a voltage of 238 ± 17 V and a current of 2.4 ± 0.3 μA. Therefore, this work presents a smart floor with built-in SF-TENG without compromising the flexibility and stability of the standard wood floor and also demonstrates a way to harvest ambient energy solely by using conventional triboelectric materials in our daily life.
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