开发利用静电工作的触觉触摸传感器

柔性基板上的可穿戴式触摸传感器。图片来源：韩国科学技术学院（KIST）

在物联网 (IoT) 驱动的超连接世界中，可以随时随地发送和接收信号和信息的超微型、低功耗传感器和设备将成为人们生活中不可或缺的一部分。一个重要的问题是不断地为连接到系统的无数电子设备供电。这是因为使用传统的充电和更换方式很难减小电池的尺寸和重量。

这个问题的一个可能的解决方案是部署摩擦发电机。它们通过在不同材料之间的接触中产生摩擦电，产生能量，就像产生静电一样。

由 Seoung-Ki Lee 博士领导的韩国科学技术研究院 (KIST) 的一组研究人员开发了一种触摸传感器，该传感器通过起皱结构的二硫化钼将摩擦起电效率提高了 40% 以上。这一突破是与全北国立大学先进材料工程教授 Chang-Kyu Jeong 合作的结果。

一般的摩擦发电机不能用于可穿戴电子设备，因为它们需要过大和过重才能提高其产生足够电力的能力。目前正在进行的研究涉及应用原子级薄且具有优异物理特性的二维半导体材料作为产生摩擦电的活性层。

产生的摩擦电强度根据接触的两种材料的类型而有所不同。在过去对二维材料的研究中，电荷与绝缘材料的转移并不顺利，大大降低了摩擦电产生的能量输出。

在目前的研究中，联合研究小组调整了二维半导体二硫化钼（MoS 2 ）的性质，并改变了其结构以提高摩擦发电效率。该材料在半导体制造过程中应用的强热处理过程中被弄皱，这导致材料具有褶皱，内部应力已施加到该材料上。这些褶皱增加了每单位面积的接触面积，由此产生的表面皱褶的 MoS 2器件可以产生比平面对应物多约 40% 的功率。此外，即使在 10,000 次重复后，摩擦电输出在循环实验中也保持在稳定水平。

通过将皱巴巴的二维材料应用于触摸传感器，例如用于触摸板或触摸屏显示器的触摸传感器，联合研究团队提出了一种轻巧灵活的自供电触摸传感器，无需电池即可操作。这种发电效率高的触摸传感器对刺激敏感，即使在很小的力下也能识别触摸信号，无需任何电力。

KIST 的 Seoung-Ki Lee 博士说：“控制半导体材料的内应力是半导体行业的一项有用技术，但涉及二维半导体材料合成和应用的材料合成技术尚属第一次。内应力的同时实现...它提出了一种通过将材料与聚合物结合来提高摩擦发电效率的方法，它将成为开发基于双-的下一代功能材料的催化剂次元物质。”