Трибоэлектрический наногенератор для гибких тактильных датчиков

Гибкие тактильные датчики привлекли к себе большое внимание из-за их потенциального применения в мониторинге здоровья, носимых устройствах, электронной коже, интеллектуальных роботах и т.д. В условиях стремительного развития Интернета вещей, учитывая большое количество датчиков и их небольшие размеры, энергопотребление также играет значительную роль в их широкомасштабном применении. Новое поколение автономных тактильных датчиков на основе трибоэлектрического наногенератора было разработано с учетом его несравнимых преимуществ в энергопотреблении и потенциальной производительности. Основанный на эффекте взаимодействия контактной электризации и электростатической индукции, он позволяет получать информацию о механическом воздействии, например, о величине и частоте, путем анализа выходных электрических сигналов. Были предприняты интенсивные усилия по улучшению характеристик трибоэлектрических тактильных датчиков для удовлетворения требований практичности. В этом докладе будут систематически представлены ключевые достижения в области материалов, конструкций и применения гибких трибоэлектрических датчиков. Затем будут всесторонне проанализированы теоретические основы, механизм воздействия и подходы к оптимизации характеристик датчика давления. Далее я расскажу о типичных применениях трибоэлектрических тактильных датчиков в различных диапазонах давления и рабочих частотах. Наконец, будут также обсуждены будущие перспективы гибких трибоэлектрических тактильных датчиков и микросистем.

Биография: Доктор Чжэнь Вэнь — профессор Института функциональных нано- и мягких материалов (FUNSOM) Сучжоусского университета, Китай. Он получил степень бакалавра в области материаловедения и инженерии в Китайском университете горного дела и технологии в 2011 году и степень доктора философии по физике и химии материалов в Чжэцзянском университете в 2016 году.
В период с 2014 по 2016 год он проходил обучение в качестве совместного аспиранта в Технологическом институте Джорджии (США) по программе Совета по стипендиям Китая. С сентября 2016 года работает в Институте функциональных нано- и мягких материалов (FUNSOM) Сучжоусского университета.
Его основные научные интересы сосредоточены на наногенераторах на основе трибоэлектрического эффекта для получения энергии и системах автономных сенсоров. На сегодняшний день он опубликовал более 110 рецензируемых статей в качестве первого или корреспондирующего автора, включая 3 статьи в журналах серии Nature/Science, 2 статьи категории ESI Hot Articles, 13 высокоцитируемых работ, а также 18 статей, отобранных для оформления обложек журналов. Общее количество цитирований превышает 15 000, h-индекс — 66.
Им получено 38 патентов на изобретения, из которых 10 уже реализованы через трансфер технологий. Он является лауреатом премии Nanoenergy Advances Award 2023, Young Investigator Award 2023 журнала Nanomaterials, а также премии Young Scientist Award 2022 саммита Microsystem & Nanoengineer.

Scopus: https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=55757787700

Использование возобновляемых источников энергии и технология интеллектуального зондирования, основанная на новых механизмах и наноматериалах

Трибоэлектрический наногенератор (TENG), недавно появившаяся технология, основанная на сочетании трибоэлектричества и электростатической индукции, оказалась многообещающим решением для сбора большого количества недоиспользуемой низкочастотной механической энергии и преобразования ее в электричество. В последнее время наш исследовательский интерес в основном сосредоточен на разработке и изготовлении высокопроизводительных датчиков TENG для сбора энергии и автономного зондирования. В этой презентации я сначала расскажу о нескольких последних достижениях, касающихся высокогибких и деформируемых TENG, основанных на различных типах электродов, включая жесткий электрод геометрической формы, жидкий электрод, сжимаемый электрод, напечатанный на 3D-принтере, и т.д. Затем я хотел бы представить комбинацию TENG с другими функциональными устройствами, такими как суперконденсатор для самозарядного блока питания, солнечная батарея или электромагнитный генератор для крупномасштабного сбора энергии, а также фотоаноды для автономной фотоэлектрохимической системы разделения воды. Наконец, я проиллюстрирую две различные концепции автономного зондирования на основе TENG, включая TENG в качестве активных датчиков для обнаружения статических и динамических процессов, возникающих при механическом движении, и эффект согласования импеданса между TENG и традиционными датчиками, который индуцирует автономный процесс зондирования.


Биография: Сюхуэй Сун получил степень бакалавра (B.Sc.) и магистра (M.Sc.) по химии в Университете Цинхуа (Пекин, Китай) в 1993 и 1996 годах соответственно, а в 2002 году — степень доктора философии (Ph.D.) по материаловедению в Городском университете Гонконга. В 2003 году он проходил постдокторскую подготовку в Университете Западного Онтарио, а в 2005 году присоединился к Исследовательскому центру НАСА Эймса в качестве научного сотрудника.
До прихода в Институт функциональных нано- и мягких материалов (FUNSOM) Университета Сучжоу в 2009 году в качестве профессора он работал научным сотрудником в Лаборатории передовых исследований Исследовательского центра НАСА Эймса. Его научные интересы сосредоточены в области наноматериалов и их применения в наноэлектронике, сенсорах и системах сбора энергии.
Профессор Сун опубликовал более 250 статей в высокорейтинговых журналах, таких как Journal of the American Chemical Society, Angewandte Chemie International Edition, Advanced Materials, Nature Communications, ACS Nano, Chemical Reviews и др., а также является автором 5 патентов США и 60 китайских патентов. Его работы цитировались более 13 000 раз, показатель h-index — 70. Он является старшим членом IEEE, а также занимал должность заместителя редактора журнала IEEE Transactions on Nanotechnology и входил в редакционные советы Frontiers in Materials, Nanomaterials.
Он был руководителем или соисполнителем ряда проектов национальных ключевых исследовательских программ, государственной высокотехнологичной программы и Национального научного фонда Китая (NSFC). В 2014 году профессор Сун основал компанию Suzhou Huiwen Nanotechnology Co., Ltd., где занимает должность председателя и главного научного сотрудника. Компания специализируется на разработке и производстве передовых газовых датчиков и гибких силовых сенсоров, создала производственную линию мощностью до 10 миллионов газовых сенсоров в год, а также разработала коммерческую портативную платформу искусственного обоняния.

Scopus: https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=15137600000

Молекулярная инженерия функциональных материалов для преобразования энергии

Учитывая, что качество нашей жизни тесно связано с доступностью энергии, сохраняющийся энергетический кризис в обозримом будущем может стать серьезной угрозой. Дефицит энергии является одной из основных глобальных проблем, что подчеркивает необходимость поиска альтернативных возобновляемых источников энергии. Ключевым направлением в этом стремлении является преобразование солнечной энергии в химическое топливо, в частности в водород, с помощью фотокаталитических реакций, приводимых в действие солнечной энергией. В этой области произошел ряд прорывов, ознаменовавшихся появлением функциональных органических молекул в качестве мощных фотосенсибилизаторов для использования солнечного излучения. Благодаря тщательному уточнению их химического состава и инновационным подходам, таким как использование звездообразующих и/или диаккордирующих структур, химические и физические свойства этих материалов могут быть точно настроены для получения наиболее эффективных веществ для преобразования солнечной энергии в водородную. Цель данной презентации - дать представление об этой области, осветив основополагающие принципы структурного проектирования органических фотосенсибилизаторов и их современное применение. В ходе обсуждения также будут рассмотрены вопросы использования функциональных молекулярных материалов в оптоэлектронике, фотовольтаике и нанотехнологиях.

Биография: Чак-Лам Хо получила степень доктора философии (Ph.D.) в Гонконгском баптистском университете (HKBU), после чего проходила постдокторские исследования в HKBU и Гонконгском университете. В 2012 году она начала академическую карьеру в должности научного сотрудника (Research Assistant Professor) на кафедре химии HKBU. В 2017 году присоединилась к кафедре прикладной биологии и химических технологий Гонконгского политехнического университета (PolyU) в качестве ассистент-профессора и в настоящее время занимает должность ассоциированного профессора.
Исследования профессора Хо сосредоточены на разработке и создании молекулярных функциональных материалов и металлополимеров, применяемых в фотокаталитическом выделении водорода, органических светоизлучающих диодах (OLED), органических солнечных элементах, а также в прекурсорах с возможностью формирования рисунка для магнитных сплавов наночастиц.
Она входит в число 2% наиболее цитируемых ученых мира по версии Стэнфордского университета, что отражает значительное влияние её исследований в области химии материалов и прикладной оптоэлектроники.

Scopus:https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=10242268200&origin=resultslist

Твердотельные энергетические материалы для хранения и преобразования энергии нового поколения

Глобальный переход к устойчивому, углеродно-нейтральному будущему в решающей степени зависит от революционных достижений в области технологий хранения и преобразования энергии. В этом докладе будут рассмотрены основные проблемы и последние достижения в области двух наиболее перспективных классов твердотельных энергетических материалов: литий-ионных катодов с высокой плотностью энергии и перовскитных солнечных элементов. Что касается накопления энергии, то разработка высоковольтных и полностью твердотельных аккумуляторов является прямой и эффективной стратегией повышения плотности энергии литий-ионных аккумуляторов. Однако этому подходу серьезно препятствуют значительные проблемы со стабильностью и безопасностью при высокой степени разделения. Мы подробно рассмотрим основные механизмы разрушения, в том числе необратимую миграцию переходных металлов, ведущую к разрушению структуры, вредные реакции на границе раздела фаз с электролитами, которые сокращают срок службы, и выделение кислорода в кристаллической решетке, что создает серьезные риски для безопасности. Параллельно, для преобразования энергии, появились перовскитные солнечные элементы (PSC), которые стали революционной фотоэлектрической технологией, обещающей высокую эффективность и низкую себестоимость производства. Несмотря на их быстрый прогресс, долгосрочная стабильность работы PSC остается основным препятствием для их широкой коммерциализации. В этом докладе будут проведены убедительные параллели между проблемами стабильности батарей и солнечных элементов, основное внимание будет уделено путям деградации на границе раздела материалов и внутри объемной структуры перовскита. Мы расскажем о том, как усовершенствованные характеристики и целенаправленный дизайн материалов могут преодолеть проблемы стабильности в различных твердотельных энергетических системах, прокладывая путь к следующему поколению высокоэффективных материалов, необходимых для устойчивой энергетической экосистемы.

Биография: Доктор Сян ЛЮ в настоящее время работает профессором Школы науки и техники материалов Пекинского авиационного и космического университета (Beihang University, Пекин, Китай). Он является лауреатом программы «Национальный зарубежный молодой талант высокого уровня», главным молодым научным сотрудником Национальной ключевой программы исследований и разработок, а также членом Экспертного комитета Китайской платформы инновационного сотрудничества промышленности, университетов и исследований в области твердотельных аккумуляторов (CASIP).
Он получил степень магистра в Университете Сунь Ятсена и степень доктора философии в Гонконгском университете, а также проходил постдокторские исследования в Университете Цинхуа и Национальной лаборатории Аргонн (США). С 2021 года возглавляет исследования в области аккумуляторных материалов в группе академика Оуян Мингао, а в 2022 году присоединился к Beihang University в качестве руководителя (PI) Лаборатории твердотельных энергетических материалов и безопасности аккумуляторов.
В рамках национальных целей «двойного углеродного» курса и обеспечения энергетической безопасности он занимается исследованиями в области безопасности аккумуляторов, твердотельных литий-ионных аккумуляторов и перовскитных солнечных элементов. Им опубликовано более 90 научных работ в таких журналах, как Nature Energy, Nature Communications, Joule, Energy & Environmental Science, Advanced Materials, Journal of the American Chemical Society и др., получивших более 10 000 цитирований и имеющих h-индекс 45. Его исследования освещались Министерством энергетики США (DOE), Национальной лабораторией Аргонн и рецензировались в журналах, включая Nature Energy.
В настоящее время он руководит проектами, финансируемыми Национальным фондом естественных наук Китая, Национальной ключевой программой исследований и разработок, а также совместными проектами с ведущими компаниями в области новых источников энергии, такими как CATL, Ronby и CNGR.

Scopus:https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=57218313871&origin=recordpage

Адгезия к архетипическим поверхностям: к выбору и проектированию поверхностей для контроля обрастания, удаления патогенов и экологической форензике

В презентации будут представлены результаты недавних исследований, направленных на выяснение физико-химических основ адгезии частиц к распространённым поверхностям. Прилипание к «архетипическим» поверхностям можно прогнозировать с использованием расширенной теории Дерягина–Ландау–Фервея–Овербека (DLVO) и оценивать экспериментально с помощью кварцевого микробаланса с диссипацией энергии. Результаты интерпретируются на основе физико-химических свойств частиц и поверхностей (фомитов).
Поверхности можно классифицировать по компонентам их поверхностной энергии, включая дисперсионный компонент (Лифшица–ван дер Ваальса) и два полярных компонента (донор электронов и акцептор электронов). Среди исследованных поверхностей — распространённые полимеры, полиэлектролитные многослойные покрытия, керамика и пассивированные металлы.
В случае с вирусами человека показано, что гидрофобные и электростатические взаимодействия определяют прикрепление вирусов, тогда как ван-дер-ваальсовы силы играют относительно меньшую роль. В растворах с более высокой ионной силой степень прикрепления вируса коррелирует со свободной энергией межфазного взаимодействия вирус–поверхность.
Предложенная методология может использоваться для подбора и разработки поверхностей с заданными свойствами адгезии. Информация об эффективности прилипания в зависимости от компонентов поверхностной энергии может помочь в проектировании поверхностей, способствующих или препятствующих адгезии, разработке моющих средств и протоколов очистки, а также в широком спектре приложений — от экологической криминалистики до переработки пищевых продуктов.

Биография: Доктор Владимир Тарабара — профессор кафедры гражданского и экологического инжиниринга. Он имеет степени Ph.D. и магистра по экологической инженерии, полученные в Университете Райса (Хьюстон, Техас). Также он удостоен звания Doctor honoris causa Сельскохозяйственного университета Грузии в Тбилиси и является приглашённым профессором Стамбульского технического университета.
Его исследования сосредоточены на процессах разделения, применяемых в водоочистке, контроле промышленного загрязнения и мониторинге биобезопасности. Доктор Тарабара является соавтором более 100 научных статей и глав в книгах по этим и смежным темам.
В настоящее время он занимает должность главного редактора журнала Journal of Environmental Engineering (ASCE) и редактора журнала Separation and Purification Technology (Elsevier). Доктор Тарабара является почётным членом Американской академии инженеров-экологов и учёных, а также членом (Fellow) Института природных ресурсов и водных ресурсов ASCE.
В Мичиганском государственном университете он также возглавляет Центр европейских и евразийских исследований.

Scopus:https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=6507841124&origin=resultslist