Wearable bistable triboelectric nanogenerator for harvesting torsional vibration energy from human motion

摩擦电效应 纳米发生器 双稳态 能量收集 材料科学 振动 机械能 电压 激发 振荡(细胞信号) 声学 光电子学 电气工程 工程类 物理 功率(物理) 复合材料 生物 量子力学 遗传学
作者
Dongguo Tan,Jiaxi Zhou,Kai Wang,Chen Zhang,Zeyi Li,Daolin Xu
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier BV]
卷期号:109: 108315-108315 被引量:36
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2023.108315
摘要

It is ubiquitous for torsional vibration of joint in human motion. However, it is difficult to harvest low-frequency torsional vibration energy from human motion using conventional triboelectric nanogenerators (TENGs). Herein, we propose a wearable bistable triboelectric nanogenerator (WBTENG) with a bistable stiffness feature, which enables high-efficiency torsional vibration energy harvesting from human motion. The prototype of the WBTENG is fabricated to test the electrical performance of the WBTENG. The dependencies of the electrical performance of the WBTENG on dynamic behaviors are investigated. Subsequently, the experiments are carried out to investigate the output voltages under different excitation frequencies, the output power varying with the load resistances and the durability of the WBTENG. In addition, the effect of the excitation amplitude on the electrical output performance of the WBTENG is investigated in detail. The bistable mechanism of the WBTENG is proved to switch the motion pattern between interwell and intrawell oscillations. The peak power is found to reach the highest value of 3.39 mW at 3 Hz with the resistance of 90 MΩ when the WBTENG exhibits interwell oscillation. Moreover, the WBTENG can power a light-emitting diode (LED) array and drive a temperature sensor under human motions. Therefore, the WBTENG can harvest torsional vibration energy efficiently from human motion.
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