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可收集「環境電磁輻射」與「身體動能」的發電與自驅動感測纖維

材料化工與奈米

技術/專利摘要表

附加圖片
可收集「環境電磁輻射」與「身體動能」的發電與自驅動感測纖維IMG
摘要
●技術簡介:
世界首次實現能回收環境電磁輻射與人體動能的多功能發電與感測紡線。功能:1.此紡線能將環境中的電磁輻射,以及身體動能轉換成電能,達到無時無刻、隨時隨地提供給電子設備電能的目的。2.可作自發電、零功耗、可伸縮的智能感測紡線 (如偵測呼吸、智慧控制等)。創新穿戴、可攜、生醫電子、物聯網的能源與智慧衣應用。
●技術之科學突破性:
電池續航力是個人、穿戴電子、物聯網、大數據的最大罩門。傳統分散、移動式的能源來自電池;但是,下世代電子設備功能越來越多,電池已經無法解決下世代電子的能源問題。電池的挑戰包含:1.容量有限,頻繁更換電池,對於物聯網設備,不切實際,造成環境汙染與材料來源等困擾;再者,無限制增加電池容量,有危險、安全性問題。2.傳統電池重、剛、硬,無法隨人體運動而適應變形,是穿戴物聯網、大數據監測、個人電子另一個致命傷。這幾十年來,電子科技突飛猛進,鋰電池發明超過50年,已經無法解決下世代電子的所有能源問題。沒有能源,再智慧的電子裝置都無法使用;因此,如何從環境中收集能量給個人、離散電子,是下世代電子(物聯網、個人電子、穿戴電子)的重要議題。
目前科學上,分散、隨身能源採集技術主要包含太陽能、壓電、汗液發電、熱電等;但都有其缺點;例如:無陽光下,太陽能無法提供能量;壓電多為陶瓷材料容易破碎,在沒有動作下,無法擷取身體動能;汗液發電,在沒有汗水的情況則無法發電;熱電則必須緊貼皮膚,製作困難、輸出極低。可行的辦法,就是繼續找尋其他的發電方法,並且多種發電技術互相互補。
我們技術的突破點:
1.第一個提出可收集環境中電磁輻射做為穿戴、物聯網能源的一種方法。所有電器使用、高壓電塔等,都會產生電磁輻射,這種能量通常會由環境中的介電材料(機殼、空氣等)所散失,介電材料隨電磁波的連續極化,最後變成熱能;就是所稱的介電損耗。此成果提出破壞式創新的隨身能源技術,利用液態導電材料與感應起電的技術,從環境中收集電磁輻射,作為穿戴電子、個人電子、物聯網的無線能源,開創全新的能源採集領域。
2. 利用位移電流與表面極化技術,結合將身體動能轉換成電能,成為第一個可同時收集電磁輻射能與身體動能的複合式發電纖維。
3. 利用位移電流與表面極化技術,將生理機械能(呼吸、脈搏、手部動作、肌肉動作)轉成電訊號,實現自驅動、零功耗的智慧感測纖維,用來偵測身體動作、手勢感測、呼吸等生理訊號。
4. 多功能發電與感測纖維具有超優異機械性能,可拉伸(>650%)超過目前所有文獻,且適合大規模量產應用。
值得注意,這是世界首次提出採集環境電磁輻射作為穿戴電子的能量技術,為隨身能源採集開啟新領域,具有學術及產學價值,有助於自給、自足的個人電子、穿戴電子、物聯網、智慧衣進展。
●技術之產業應用性:
隨著晶片進展、雲端傳輸的突飛猛進,各種智慧電子(如行動裝置、穿戴電子(如: 智慧手錶、智慧衣物)、物聯網裝置等將掌管各種智慧應用,包含:通訊、醫療、娛樂、保健、遙控、定位、環境感測、監測等,全面與人類生活結合。但是,能源是下世代電子的最大罩門,單靠電池已無法解決未來電子設備的能源問題。目前,解決方法:找尋更多種「新」的隨身能源技術;以及,多種發電模式結合互補產生能源。但是,從目前科技中,「所有」的隨身能源擷取技術(包含太陽能、壓電、熱電、汗水發電)都有其各自的問題。
本成果提出一個「全新」的隨身能源擷取技術,利用紡織纖維:
1.採集環境電磁波的能量(或稱為回收介電損耗)轉換電能,提供給穿戴電子、生醫電子、可攜式電子、物聯網的能源使用。
2. 收集身體動能,轉換電能,提供給穿戴電子、生醫電子、可攜式電子的能源使用。
3.將生理機械能(呼吸、脈搏、手部動作、肌肉動作)的轉換電訊號,實現自發電、自驅動、零功耗的智慧感測纖維,用來偵測身體動作、手勢感測、呼吸等生理訊號。
4. 多功能發電與感測纖維具有超優異機械性能,可拉伸(>650%)超過目前所有文獻,且適合大規模量產應用。
這項科技對於下世代電子裝置(包含智慧衣、穿戴電子、可攜式電子、柔性電子、生醫電子、物聯網設備) 開啟重要的能源與智慧感測大門!
資料類別
技術
資料編號
S11101T0410
發明人
所有人
National Chung Hsing University(國立中興大學)
所有人屬性
學術機構
技術成熟度
雛型
上架日期
2022/01/06
交易方式
技術授權,合作開發,自行洽談,
刊登有效日期
2024/01/06
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