柔性和可拉伸的纤维状摩擦纳米发电机(FTENGs)在可穿戴电子产品中得到了广泛的研究,因为它能够收集人体机械能并用作自供电传感系统。尽管 FTENGs 在近些年取得了长足的进步,但仍存在限制因素阻碍其广泛的实际应用。当前,研究人员更关注 FTENGs 器件在人体运动监测、人机交互和环境能量收集方面的应用,而忽略了在医学培训领域(例如:心肺复苏训练)的潜在应用前景。
心肺复苏(CPR)训练是所有医疗急救技能操作课程中最重要的培训项目之一,因为实施高质量的CPR可以通过提供恢复自主循环所需的血流来维持重要器官功能。然而,高质量的 CPR 急救措施仍然难以紧急实施,因为 CPR 是一种体力消耗的姿势和动作。此外,非标准的心肺复苏术不仅不能提供急救,还可能对患者造成伤害。鉴于此,开发一种用于实时指导高质量 CPR 培训或临床实践的可穿戴设备对于心肺复苏辅助教学,以及紧急救助指导具有重要意义。
近日,中科院上海硅酸盐研究所孙静研究员研究团队提供了一种简单和可扩展的自供电 FTENGs 制造方法,该FTENGs由可拉伸的导电银纳米线 (Ag NWs) 纤维作为核和弹性硅橡胶作为鞘组成,具有良好的柔韧性、优异的机械耐久性(200% 应变)。长度为 5 cm 的 FTENGs 在与纸膜接触时可提供 17.1 V 的平均开路电压。当将 FTENGs 制成尺寸为 8×4 cm2 的织物时,在 10 MΩ 的外部负载电阻下获得了 0.957 W m-2 的瞬时输出功率密度。FTENGs织物可作为可穿戴电源用于驱动电子手表、电容器和200颗串联LED灯。此外,FTENGs不仅能够捕捉人体机械能进行人体运动检测,还可以用作控制风扇和警报器的触觉传感器,实现人机交互应用。
图 1. FTENGs织物(8×4 cm2)的输出性能,(a) FTENGs织物的实物图。 (b) 输出电流。 (c) 输出电压。 (d)不同外部负载电阻下FTENGs织物的电压和电流以及(e)功率密度的变化。(f) FTENGs织物在洗涤前后的电压输出。 (g) 点亮 200个红色 LED灯和相应的工作电路图。 (h) 不同电容器的充电曲线和 (i) 电子表工作的电压曲线。
图 2.(a)CPR训练的标准按压姿势。 (b) 标准胸外按压姿势下智能手套的输出电压-时间曲线(100% 按压深度)。(c) 肘关节在垂直和弯曲状态下的按压电压信号。 (d) 倾斜按压状态的输出电压信号。 (e) 电压信号对应于完整的胸外按压操作。(f) 胸外按压中断的电压信号特征。
原文链接:https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.107737
- 广西大学徐传辉教授 CEJ:具有电/光热升温功能的柔性可穿戴相变复合材料用于个人热管理与人体运动检测 2024-03-19
- 太原理工大学张虎林教授团队 CEJ:基于LSPR光热/热电耦合的无源热电凝胶贴片用于人体运动识别 2023-08-11
- 中国石油大学(华东)张冬至教授团队 ACS AMI:机器学习助力柔性应变传感器用于运动检测及其文字识别 2023-02-17
- 郑州大学申长雨院士和刘春太教授团队 AFM:解耦的温度-压力传感器基于深度学习算法辅助的人机交互应用 2024-08-23
- 宁波材料所陈涛/肖鹏团队 Adv. Mater.:悬浮式双层结构实现人机交互中触觉和痛觉的灵敏感知 2024-05-11
- 清华大学张莹莹教授团队《Nat. Commun.》:基于导电蚕丝纤维的智能感知织物 2024-04-19
- 苏州大学方剑教授团队 AFM:一种基于微纳结构自供电传感纱线的智能网球训练系统 2024-11-12