Functional Kevlar-Based Triboelectric Nanogenerator with Impact Energy-Harvesting Property for Power Source and Personal Safeguard

纳米发生器 材料科学 摩擦电效应 机械能 能量收集 影响 光电子学 复合材料 功率(物理) 机械工程 工程类 量子力学 压电 物理
作者
Jianyu Zhou,Sheng Wang,Yuan Fang,Junshuo Zhang,Shuai Liu,Chunyu Zhao,Yu Wang,Xinglong Gong
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:13 (5): 6575-6584 被引量:27
标识
DOI:10.1021/acsami.0c18308
摘要

A novel shock-resistant, self-generating triboelectric nanogenerator (SS-TENG) with high-speed impact energy-harvesting and safeguarding properties was developed by assembling Kevlar fiber and conductive shear-stiffening gel. The SS-TENG with energy-harvesting property generated a maximum power density of 5.3 mW/m2 with a voltage of 13.1 V under oscillator compression and could light up light-emitting diode arrays. Owing to the energy absorption effect, the as-designed SS-TENG could dissipate impact forces from 2880 to 1460 N, showing anti-impact performance under the drop hammer impact. It also sensed the loading forces by outputting 36.4 V. Functionalized as a self-powered sensor, SS-TENG monitored various human movements and provided protection from hammer impact. Interestingly, a wearable sole array with high sensitivity and a fast response could distinguish toe in/out motions. More importantly, this functional SS-TENG presented excellent anti-impact behavior, which dissipated 94% of kinetic energy under bullet-shooting excitation. It also gathered high speed ballistic energy, which outputted a maximum power density of 3 mW/m2. To this end, this SS-TENG with a protection effect and the ability to harvest various impact energy showed promising applications in new power sources, intelligent wearable systems, and safeguard areas.
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