Новая разработка в области энергогенерации и мониторинга движений подростков базируется на трибоэлектрическом наногенераторе (TENG), созданном с использованием наноматериалов на основе полиоксометалатов (POMs).
Руководитель проекта, профессор Вейлин Чен из Школы химии Северо-восточного педагогического университета в Чанчжу, объединил усилия с Йидзя Хао, Туо Цзи и Цзин Чжан для раннего выявления аномалий походки, способных негативно сказаться на физических качествах и формировании опорно-двигательного аппарата подростков.
Основой разработки стали инновационные нано-структуры полиоксометалатов, полученные путем изменения их морфологии. В эксперименте использованы наноролики Ag4SiW12O40·nH2O, синтезированные по принципу самосборки из H4SiW12O40·nH2O, что позволило существенно повысить эффективность TENG по сравнению с традиционными материалами.
Сравнительный анализ показал, что оптимизированные наноролики с диаметром 100 нм и длиной от 400 до 1000 нм обеспечивают напряжение до 104,3 В, плотность тока 1127,1 мкА/м² и заряд 15,38 нК, при этом показатели превышают значения аналогичных устройств более чем в два раза. Испытания с применением АСМ и зондов Кельвина подтвердили, что увеличение шероховатости и поверхностного потенциала является ключевым фактором повышения электрических характеристик устройства.
Применение разработанного наногенератора в носимых устройствах позволяет отслеживать аномалии походки подростков, снижая риск возникновения искривленной осанки, утраты спортивных качеств и травм. Измерения изменений напряжения, получаемые при фиксации работы устройства, служат надежным индикатором для своевременной корректировки двигательной активности.
Испытания продемонстрировали высокую стабильность работы: устройство удерживало напряжение около 100 В в течение 1000 секунд и обеспечивало максимальную мощность 25,2 мкВт при внешнем сопротивлении 500 МОм, что подчеркивает его потенциальную применимость в реальных условиях.
В условиях растущего мирового интереса к возобновляемым источникам энергии, данный подход открывает новые возможности применения полиоксометалатов в сфере создания эффективных наногенераторов для носимых устройств, способных обеспечивать неинвазивный контроль здоровья.
Планируются дальнейшие исследования по доработке и усовершенствованию TENG, а также переход технологии из лабораторных условий в практическое применение. Новые разработки ориентированы на увеличение надежности и эффективности, что может стать основой для прорывных решений в неинвазивной диагностике и предотвращении нарушений моторики.
Опубликованное 13 января 2025 года в журнале Nano Research исследование носит практическую значимость для медицины и электроники, а профессор Чен отметил: «Мы продолжим разработку более эффективных полиоксометалатных наноматериалов для дальнейших усовершенствований в области TENG».
Изображение носит иллюстративный характер
Руководитель проекта, профессор Вейлин Чен из Школы химии Северо-восточного педагогического университета в Чанчжу, объединил усилия с Йидзя Хао, Туо Цзи и Цзин Чжан для раннего выявления аномалий походки, способных негативно сказаться на физических качествах и формировании опорно-двигательного аппарата подростков.
Основой разработки стали инновационные нано-структуры полиоксометалатов, полученные путем изменения их морфологии. В эксперименте использованы наноролики Ag4SiW12O40·nH2O, синтезированные по принципу самосборки из H4SiW12O40·nH2O, что позволило существенно повысить эффективность TENG по сравнению с традиционными материалами.
Сравнительный анализ показал, что оптимизированные наноролики с диаметром 100 нм и длиной от 400 до 1000 нм обеспечивают напряжение до 104,3 В, плотность тока 1127,1 мкА/м² и заряд 15,38 нК, при этом показатели превышают значения аналогичных устройств более чем в два раза. Испытания с применением АСМ и зондов Кельвина подтвердили, что увеличение шероховатости и поверхностного потенциала является ключевым фактором повышения электрических характеристик устройства.
Применение разработанного наногенератора в носимых устройствах позволяет отслеживать аномалии походки подростков, снижая риск возникновения искривленной осанки, утраты спортивных качеств и травм. Измерения изменений напряжения, получаемые при фиксации работы устройства, служат надежным индикатором для своевременной корректировки двигательной активности.
Испытания продемонстрировали высокую стабильность работы: устройство удерживало напряжение около 100 В в течение 1000 секунд и обеспечивало максимальную мощность 25,2 мкВт при внешнем сопротивлении 500 МОм, что подчеркивает его потенциальную применимость в реальных условиях.
В условиях растущего мирового интереса к возобновляемым источникам энергии, данный подход открывает новые возможности применения полиоксометалатов в сфере создания эффективных наногенераторов для носимых устройств, способных обеспечивать неинвазивный контроль здоровья.
Планируются дальнейшие исследования по доработке и усовершенствованию TENG, а также переход технологии из лабораторных условий в практическое применение. Новые разработки ориентированы на увеличение надежности и эффективности, что может стать основой для прорывных решений в неинвазивной диагностике и предотвращении нарушений моторики.
Опубликованное 13 января 2025 года в журнале Nano Research исследование носит практическую значимость для медицины и электроники, а профессор Чен отметил: «Мы продолжим разработку более эффективных полиоксометалатных наноматериалов для дальнейших усовершенствований в области TENG».
