柔性電子讓形式跟隨功能

2021-06-09

柔性電子讓形式跟隨功能

超級電容器、超級電容器和雙電層電容器。無(wú)論提到哪個(gè)，這種無(wú)源電子元件都具有一些非常適合物聯(lián)網(wǎng) (IoT)、智能可穿戴設備和能量收集市場(chǎng)的特性。超級電容器非常適合為傳輸數據和快速收集來(lái)自間歇性來(lái)源的能量提供有效的功率脈沖，最重要的是，它具有近乎無(wú)限的循環(huán)壽命，避免了對電池管理和更換的壓力。然而，傳統的剛性、圓柱形和矩形超級電容器不必要地限制了產(chǎn)品設計，因為它們僅限于在電路板上使用，或者太大以至于需要專(zhuān)門(mén)的存儲空間來(lái)放置組件。在物聯(lián)網(wǎng)設備中，

大量現代可編程芯片、電子元件和傳感器的尺寸小到沙粒，大到一角硬幣。相比之下，電池和超級電容器等儲能組件要大數千倍，并且構成了大部分設計意圖。這會(huì )創(chuàng )建一個(gè)“搖尾狗”約束。有源電子設備應決定 PCB 的尺寸，而不是無(wú)源儲能設備和組件。儲能設備經(jīng)常阻礙最終產(chǎn)品的尺寸和形狀的靈活性，從而抑制產(chǎn)品小型化和/或產(chǎn)品改進(jìn)的機會(huì )。

基于電纜的電容器 (CBC) 創(chuàng )新（可在其網(wǎng)站上找到）顯著(zhù)改善了超級電容器的外形尺寸，提供薄、靈活和類(lèi)似電線(xiàn)的形狀，使 CBC 可用于布線(xiàn)基礎設施和機械布置中傳統的圓柱、矩形、甚至扁平的超級電容器都無(wú)法適應。它可用于簡(jiǎn)化產(chǎn)品設計并提供傳統超級電容器無(wú)法實(shí)現的功能。這看起來(lái)很簡(jiǎn)單，但是在產(chǎn)品的線(xiàn)束或 PCB 周?chē)皇窃?span> PCB 表面實(shí)施 CBC 技術(shù)將釋放相當多的“空間”，可以這么說(shuō)。

功率脈沖是超級電容器最強大的資產(chǎn)，不僅可用于傳輸數據位或顯著(zhù)收集數據。這些功率脈沖也是機器人運動(dòng)和調整的理想選擇。特別是，關(guān)節處的執行器需要這些間歇性的功率爆發(fā)。這些機器人固定裝置可能在許多致動(dòng)器設備的布線(xiàn)基礎設施周?chē)?、交叉和內部?shí)施了 CBC 技術(shù)，最大限度地減少了它們在關(guān)節周?chē)某叽?，并在無(wú)意中減輕了重量，這一切都是由于外骨骼能夠隨著(zhù)它彎曲移動(dòng)。更不用說(shuō)改進(jìn)的穩定性和力量應用，使那些利用這項技術(shù)的人能夠舒適地舉起更多東西，提高耐力，并通過(guò)提高安全性來(lái)防止受傷。這種可穿戴技術(shù)有可能成為倉庫工人、急救人員甚至軍人的未來(lái)標準發(fā)布設備，CBC 有可能進(jìn)一步改進(jìn)這項技術(shù)。

外骨骼甚至可能加倍，它不僅是一個(gè)可通過(guò) CBC 改進(jìn)的可穿戴設備，而且本身還有一個(gè)能量收集設備。壓電能量收集的使用可以通過(guò)安裝致動(dòng)器的關(guān)節的彎曲和移動(dòng)來(lái)利用，例如 Bionic Power 所使用的。摩擦和運動(dòng)將允許充電能力，超級電容器近乎無(wú)限的循環(huán)壽命只會(huì )進(jìn)一步放大這些組件的注定組合。

另一方面，像 CBC 這樣的薄而靈活的超級電容器可以分布在整個(gè)鞋子中，在那里它可以保持離散并讓用戶(hù)感到舒適。

加速度計、處理器和藍牙模塊足夠小。BeBop Sensors 等公司甚至將壓力傳感器集成到用戶(hù)可以站立的柔軟紡織品中。不幸的是，一個(gè)堅硬且剛性的超級電容器，可以通過(guò)來(lái)自用戶(hù)運動(dòng)的電活性聚合物的生物力學(xué)（動(dòng)能）能量充電，很難安裝在任何地方而不會(huì )給用戶(hù)帶來(lái)不適或難看的凸起。

這些 CBC 足夠靈活，可以集成到設計的結構元素中，而不是與電路板上的其他電子設備密切接觸。再舉一個(gè)例子，一個(gè)檢測到頭部受到危險打擊的頭盔可以讓 CBC 進(jìn)入頭盔的襯里。與傳統超級電容器相比，這將允許更均勻的重量分布和更薄、更流線(xiàn)型的形狀。

其他可穿戴設備、珠寶或醫療監控應用程序也遇到了類(lèi)似的問(wèn)題，解決方案是超級電容器，它靈活且無(wú)縫集成到產(chǎn)品或系統的替代部件中，其中空間比電路板上的空間更豐富。更不用說(shuō)，這些應用還可能需要使用小型光伏（太陽(yáng)能）設備來(lái)為這些超級電容器收集能量，從而創(chuàng )造出動(dòng)態(tài)的電子元件組合。

隨著(zhù)智能技術(shù)的發(fā)展和監控系統的改進(jìn)，越來(lái)越多的明顯問(wèn)題不斷出現?？煽康碾娫纯赡軣o(wú)法使用或位于難以到達的地方，例如地下鐵路系統或連接到最高的椽子或制造倉庫中的危險設備附近。電池通常無(wú)法維持傳感器或其他設備的使用壽命，需要定期維護。如上所述，正在不斷開(kāi)發(fā)的一項技術(shù)是通過(guò)光伏和壓電能量收集源來(lái)解決電池管理和更換問(wèn)題。

目標是補充或移除電池，因為它們的使用壽命很短，這意味著(zhù)需要一個(gè)儲能元件來(lái)確保正確應用。CBC 能夠作為具有靈活物理特性的超級電容器使用壽命長(cháng)，并且可以提供收集和/或傳輸數據所需的峰值功率。

在設計任何產(chǎn)品時(shí)，請考慮使用柔性超級電容器可以實(shí)現的目標以及它們在電路板上節省的空間。通過(guò)使用在 PCB 上占用更少表面積的超級電容器，或將超級電容器從 PCB 偏移到系統的基礎設施，設計工程師可以使他們的產(chǎn)品更小、提供新功能并提高性能，從而幫助自己在競爭中脫穎而出。CBC 經(jīng)過(guò)優(yōu)化，可在 PCB 上使用比其他超級電容器更少的表面積。它也可以完全脫離電路板使用，也可以在另一件基礎設施內部使用，例如線(xiàn)束或保護頭盔中的泡沫裂縫之間等。