日本物質材料研究機構（NIMS）與產業技術綜合研究所（產綜研）組成的研究小組，開發出了能半永久存儲靜電的液狀永電體材料，透過與柔軟的電極組合使用，全球首次實施了能伸縮和摺疊的振動發電元件。該元件能將心率和脈搏等非常小的振動轉換成電訊號，而且可以伸縮、摺疊等，變換不同的形狀，因此有望應用於佩戴在手腕或胸部的無電池脈搏感測器及心率感測器等醫療用途。
圖1：新開發的液體永電體材料（左）及可以伸縮和彎曲的發電振動元件（中、右）
能夠半永久儲存電荷的永電體材料可以透過改變與電極之間的距離產生電壓，因此可應用於將振動和壓力刺激轉換成電訊號的振動發電（壓電）元件及感測器。不過，以往的永電體材料使用固體或薄膜狀材料，無法變形爲複雜的形狀，柔韌性也比較差，因此，要想用於脈搏感測器和心率感測器等佩戴在身體上的用途，就要開發能伸縮和摺疊，可變形爲不同形狀的振動發電元件。
圖2：a）液體卟啉的分子結構和模式結構，b）將帶電的液體卟啉密封到ITO基底層間製作的永電體元件。（上）壓力及振動換能器，（下）振盪器及致動器。
該研究小組利用具備柔韌性和絕緣性的結構（支鏈烷基鏈）包圍並保存有機化合物「卟啉」，開發出了在常溫下爲液態而且能穩定存儲電荷的材料。此外還開發出了可以伸縮和摺疊的振動發電元件，具體方法是，向該材料施加高電壓使其帶靜電後，將具備伸縮性的布料浸入其中，並用鍍銀纖維在聚氨酯上佈線，然後用形成的柔性電極夾住含浸液體材料的布料。用手指按壓零件表面，可以獲得±100～200mV的電壓輸出，至少能穩定驅動1個半月以上。
圖3：利用含浸液體永電體（帶電、液體卟啉）的伸縮性布料和電極形成佈線圖案的聚氨酯基材構築的可拉伸液體永電體元件的構成，以及振動（加壓）發電的情形。
今後的計劃是，提高液體永電體材料的靜電保持能力，不斷改良在元件上的加工技術，將其應用於醫療現場。另外還打算結合使用電壓-電流轉換系統和電容等，製成振動發電器件，用於IoT器件用電源。
相關研究論文已於2019年9月30日發表在《自然通訊》（Nature Communications）期刊的網路版上。
論文題目：Soft chromophore featured liquid porphyrins and their utilization toward liquid electret applications
文：JST客觀日本編輯部翻譯整理
