Self-Powered Droplet Sensor Based on Triboelectric Nanogenerator toward the Internet-of-Things (IoT) Alarm System

纳米发生器 摩擦电效应 警报 微控制器 物联网 计算机科学 无线传感器网络 无线 材料科学 可用的 电气工程 嵌入式系统 电压 电信 工程类 计算机网络 万维网 复合材料
作者
Jingxing Li,Shouxin Zhang,Xiangyang Gao,Yiqian Mao,Chenxi Hu,Kaixiang Long,Chengliang Sun,Shishang Guo
出处
期刊:ACS applied electronic materials [American Chemical Society]
卷期号:5 (11): 6026-6036 被引量:5
标识
DOI:10.1021/acsaelm.3c01018
摘要

Water leakage and condensation induce corrosion of metal components and even short circuits, further leading to emergency equipment shutdowns or safety incidents, posing an arduous challenge to the reliability and stability of modern electrical equipment in moist environments. Herein, we report a self-powered alarm system by integrating a droplet-based triboelectric nanogenerator (DTNG), a microcontroller unit (MCU), a signal processing module, and a wireless transmission module, which can rapidly and sensitively detect and identify water leakage or condensation in the surrounding environment. Among them, the high-sensitivity, low-cost, and durable DTNG can convert the low-frequency disordered kinetic energy of water droplets into concentrated, ordered, and usable electrical energy, enabling the continuous operation of an alarm system. We systematically investigate the impact of hydrophobic modified Poly(tetrafluoroethylene) (PTFE) film thickness, volume of droplet, and tilt angle on the device output characteristics. The optimal DTNG delivers excellent output characteristics (111.6 V, 8.497 μA, and 388.60 μW/m2) and stable cycling performance (95.5% for 28 days). More importantly, we implemented a remote hyetometer and a wireless alarm system for valuable electrical equipment sensitive to water or moist environments, providing novel ideas and unique insights for developing the field of IoT alarm systems and environmental monitoring based on DTNGs.

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