興大研發自驅動感測器 實現電動車低耗高效理想
【記者黎昕俞綜合報導】電動車發展日新月異,其中可以防碰撞、辨識駕駛等多功能的感測器,讓汽車更全能。由國立中興大學材料科學與工程學系教授賴盈至帶領的團隊,研發出一款可自發電並具長距離感測能力的「自驅動電動車感測器」,將其配置在電動車上,不需要電池供電,大幅降低能源消耗。研究成果刊登於9月份國際頂尖期刊《先進功能材料》(Advanced Functional Materials)。 興大材料系團隊,研發可自發電且具長距離感測能力的「自驅動電動車感測器」,不需電池供電,大幅降低能源消耗。 圖/團隊提供電動車中包含多種感測器,可感應外圍環境的變化,並將訊息傳送到使用者手機或車內介面等裝置中。諸如用於偵測周圍物體的雷達、可見光相機等,在提高使用者安全性和可靠性方面扮演重要角色。然而,現今電動車感測器大多依靠車輛供電,若未來發展更多需要感測器的功能,賴盈至則提醒道:「當感測器變多,隨之增加的電力消耗會讓車子能行駛的距離變短。」因此,團隊改良摩擦奈米發電機 (Triboelectric Nanogenerator, TENG)的原料,增強自然環境中的靜電,讓感測器自行驅動,達成不需供電、降低能耗的目標。 團隊利用奈米材料加上靜電材料,提高電荷捕獲能力以增加摩擦電荷的密度。 圖/團隊提供摩擦奈米發電機是利用兩種材料經接觸後表面產生帶電的自然現象,將環境中的能量轉為電能的技術。不僅能用以感測周遭環境,接觸的材料也可以自由更換。團隊為改良感測器材料和結構,將摩擦奈米發電機的原料換成MXene(註一)及導電海綿。因MXene不穩定的結構且表面積大,容易吸引電子而產生靜電,故能提高感測器表面帶電離子的數量。而且,團隊更加入具大量孔洞的導電海綿用以增加電荷密度。如此一來,當人體往感測器移動時,其非接觸的感測能力最小可達1毫米的物體,並且最遠可以偵測到2公尺以外物體移動。<b>註一:MXene是材料科學中的一種二維無機化合物,厚度相當薄,有著過渡金屬碳化物的金屬導電性。在研發過程中,面對奈米材料表面積過大易氧化,導致感測能力降低的問題。團隊特意將其埋入靜電材料中,減少觸氧面積,同時表面電荷會往內部的MXene移動,讓內部儲存更多靜電,進而增強感測訊號。就讀興大材料系碩士班的團隊學生呂明翰進一步說明,「這樣做也能讓感測器較為柔軟,更服貼於車子表面,不必擔心美觀問題。」 當人體靠近感測器時,會與之產生靜電感應,偵測的電壓會顯示在一旁的螢幕上。 圖/團隊提供國立臺灣大學醫學工程學系教授林宗宏則表示,因現今的光學感測器在天候不佳時難以使用,但此作品能與光學系統的感測器可以互補,具有可看性。對此,賴盈至教授表示未來亦會往此方向發展,並補充道:「如何讓原料以便宜且大量生產製作,則是未來的挑戰。」