電池壽命仍然是任何便攜式電子設(shè)備成功的關(guān)鍵因素。雖然電池技術(shù)不斷發(fā)展，但便攜式設(shè)備不斷增加新功能，從而對電力需求造成最大壓力。無論是為了增強(qiáng)電池功能還是最終賦予電力自主權(quán)，能量收集的作用變得更加重要。

從環(huán)境源發(fā)電的能力，如機(jī)械開關(guān)，振動，加熱或光，轉(zhuǎn)換，存儲和隨意使用它，有可能對便攜式設(shè)備的實(shí)用性產(chǎn)生巨大影響。觸摸屏是下一個目標(biāo)。

全球正在研究各種壓電能量收集技術(shù)和可能產(chǎn)生自供電觸摸屏的新型納米材料。同時，太陽能電池可以說是目前最實(shí)用，最容易獲得的能量收集解決方案，可用于為觸摸屏供電。

圖1：太陽能供電觸摸屏智能手機(jī)自2009年以來一直存在，但目前還不是新設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)功能。 （圖片來源：三星。）

本文將展望未來，預(yù)測目前正在進(jìn)行的一些研究的結(jié)果，以及審查目前可用于為電池充電的一些太陽能電池和/或?yàn)橛|摸屏激活便攜式設(shè)備供電。其中包括IXYS的Ixolar系列（KXOB22-01X8，KXOB22-12X1）和三洋能源的Amorton系列（AM-1456CA，AM-5412CAR）。

靈活的功率

從機(jī)械開關(guān)或鍵盤致動收獲壓電能量的能力是眾所周知的。西門子分拆的專業(yè)公司enOcean已經(jīng)開發(fā)并商業(yè)化了該技術(shù)，以及相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議（在公共領(lǐng)域），現(xiàn)在支持整個供應(yīng)商生態(tài)系統(tǒng)（enOcean聯(lián)盟）?，F(xiàn)在有100多家公司為許多應(yīng)用提供設(shè)備，軟件和工具，主要針對智能建筑領(lǐng)域，從無線燈開關(guān)到遙控器，包括無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。

然而，在今天的許多便攜式設(shè)備中，鍵盤正在被觸摸屏取代。雖然需要按鍵的觸覺反饋，但正的機(jī)械切換效果幾乎消失了。然而，亞洲的研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)觸摸屏在用戶的觸摸下彎曲時，可以收獲微量的能量。韓國巨頭三星一直與當(dāng)?shù)氐某删^大學(xué)合作，完善能量清除材料，采用柔性透明電極，最終可用于覆蓋觸摸屏并提供電力。

雖然距離商業(yè)還有幾年的時間實(shí)際上，研究人員已證明其功率輸出約為1μW/cm2，理論上足以為觸摸傳感器供電。雖然最初這種技術(shù)可能只提供補(bǔ)充能力，但自供電便攜式設(shè)備的愿景可能即將出現(xiàn)。

在Advanced Materials中發(fā)表的論文，研究人員將該技術(shù)描述為納米級壓電電子學(xué)。在構(gòu)造中，壓電氧化鋅納米棒夾在柔性塑料片頂部的高導(dǎo)電石墨烯電極之間。保持材料靈活性的能力開辟了開發(fā)折疊式或卷式屏幕和鍵盤以及“可穿戴”設(shè)備的機(jī)會，這些設(shè)備將在彎曲時充電。

重要的是，研究人員聲稱該技術(shù)最終適用于大規(guī)模的卷對卷制造工藝。隨后的學(xué)術(shù)論文強(qiáng)調(diào)了使用不同材料進(jìn)一步開展實(shí)驗(yàn)以開發(fā)其他有用的特性，并且研究的擴(kuò)展已經(jīng)轉(zhuǎn)移到諸如可穿戴納米發(fā)電機(jī)等主題中。

來自摩擦的分?jǐn)?shù)電荷

從亞洲到美國，研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了如何收集兩種柔性聚合物材料摩擦在一起時產(chǎn)生的能量。這種材料被稱為摩擦發(fā)電機(jī)，可以提供來自諸如步行等活動的交流電。研究人員在喬治亞理工學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院開發(fā)研究人員認(rèn)為，由于摩擦發(fā)電機(jī)可以制造得幾乎透明，它們具有可能用于有源傳感器的潛力可能取代目前用于觸敏設(shè)備顯示器的技術(shù)。

在操作中，摩擦發(fā)電機(jī)可以補(bǔ)充由使用壓電效應(yīng)產(chǎn)生電流的納米發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的功率。氧化鋅納米線的彎曲。根據(jù)王忠林教授的說法，關(guān)鍵是在兩個不同的聚合物薄片之間使用間隙分離技術(shù)產(chǎn)生電壓降（見下圖2）。如果然后在兩個表面之間連接電負(fù)載，則會流過一個小電流來均衡充電電位。

圖2：由佐治亞理工學(xué)院開發(fā)的摩擦發(fā)電機(jī)原理圖。

該技術(shù)還可用于制造高靈敏度，自供電的有源壓力傳感器，可用于有機(jī)電子或光電子系統(tǒng)。這種傳感器可以檢測低至13 m帕斯卡的壓力，并且不需要電池供電。該材料還可以與其他能量收集機(jī)制結(jié)合使用，例如現(xiàn)有的氧化鋅納米發(fā)電機(jī)。實(shí)驗(yàn)表明，摩擦發(fā)電機(jī)堅固耐用，可連續(xù)運(yùn)行超過100,000次。

研究人員認(rèn)為制造工藝簡單，成本低，可按比例放大大批量生產(chǎn)和實(shí)際應(yīng)用。研究的下一階段是創(chuàng)建包括存儲能量的系統(tǒng)。

太陽能面料

光可以說是一種更可行的環(huán)境能源來源今天的觸摸屏設(shè)備。為計算器，手表等低功率設(shè)備供電的微型太陽能電池已經(jīng)存在了數(shù)十年。然而，對太陽能技術(shù)的高級學(xué)術(shù)研究正在取得巨大進(jìn)展。

美國和歐洲的光子學(xué)研究人員一直在致力于開發(fā)具有太陽能電池功能的硅基光纖。高級材料。 3 可編織成柔性織物的太陽能電池纖維具有為觸摸屏等設(shè)備供電以及為電池充電的潛力。然而，可穿戴式電池充電器雖然在可能的范圍內(nèi)，但可能還需要幾年的時間。

研究的核心，結(jié)合硅和光纖，具有廣泛的潛在應(yīng)用不僅用于電信的光電子學(xué)和光電信號處理，還用于醫(yī)療，成像和傳感以及太陽能發(fā)電的非線性光子學(xué)。由美國賓夕法尼亞州立大學(xué)的一個團(tuán)隊(duì)領(lǐng)導(dǎo)，該作品與南安普頓大學(xué)光電子研究中心共享 5 。

高壓化學(xué)技術(shù)是創(chuàng)新技術(shù)的核心，研究人員稱這是一種利用不足的過程，特別是在微觀上和納米尺度，可用于創(chuàng)建有趣的材料屬性和行為。

圖3：在南安普頓大學(xué)光電子研究中心繪制的二氧化硅微結(jié)構(gòu)光纖模板。

將這些技術(shù)應(yīng)用于二氧化硅微結(jié)構(gòu)光纖納米模板可以產(chǎn)生幾乎任何圖案排列的孔陣列。孔的直徑小至10nm，但長度可以是米。研究人員表示，逐層沉積的孔形成均勻摻雜的半導(dǎo)體同質(zhì)和異質(zhì)結(jié)。由此產(chǎn)生的優(yōu)異的光學(xué)和電子特性，以及可以產(chǎn)生的各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)，使納米級導(dǎo)線和結(jié)點(diǎn)的組合成為許多應(yīng)用的目的。

該技術(shù)的新穎性對于電池供電的觸摸屏操作設(shè)備，能夠制造長的，可彎曲的光伏纖維，其可以編織成可變形的織物。柔性，可折疊，輕質(zhì)材料可用于代替剛性玻璃或塑料基太陽能電池，以在常規(guī)太陽能電池應(yīng)用中提供電池增壓能力。研究人員設(shè)想它在服裝中的應(yīng)用。軍方，現(xiàn)場士兵以及體育用品已經(jīng)引起了人們的興趣。這種材料的一個主要優(yōu)點(diǎn)是可以以不同的角度收集光，而不是單個平面。

石墨烯：材料的好處

石墨烯是最受歡迎的之一全球正在開發(fā)令人興奮的新材料它不僅被認(rèn)為是傳統(tǒng)半導(dǎo)體邏輯電路的潛在替代品，而且還可以提供觸摸屏技術(shù)以及電池，超級電容器和顯示器的優(yōu)勢。世界各地的研究人員正在研究其電學(xué)，熱學(xué)和機(jī)械性能，比鋼更強(qiáng)，更耐傳導(dǎo)。

英國至少有五所大學(xué)將從歐洲資助中受益，以幫助石墨烯的發(fā)展。特別是劍橋大學(xué)正在研究其創(chuàng)造更薄更輕的觸摸屏和計算機(jī)顯示器的潛力。加拿大研究人員正在研究其在可充電電池中的應(yīng)美國的斯坦福大學(xué)和堪薩斯大學(xué)將其視為太陽能電池和光伏器件的替代材料。

同時，工業(yè)研究繼續(xù)深入太陽能電池，為更耗電的觸摸屏便攜式設(shè)備供電，包括智能手機(jī)，平板電腦甚至電視。例如，三星在2011年展示了一款太陽能46英寸液晶電視，尚未上市。一些過去的LG和三星觸摸屏手機(jī)采用了大型光伏面板，需要四個小時才能為車載電池充電。據(jù)了解，蘋果正在研究整合到iPad保護(hù)套和觸控式顯示器中的太陽能電池。

現(xiàn)在和現(xiàn)在

然而，已經(jīng)可以買到的是法國初創(chuàng)公司W(wǎng)ysips的一項(xiàng)很有前途的技術(shù)：一種透明的光伏薄膜，可以整合到傳統(tǒng)顯示器或觸摸屏上（在其上方或下方）。這項(xiàng)技術(shù)，“你看到的是光伏表面”，將微型光伏材料與鏡頭網(wǎng)絡(luò)結(jié)合在一起。結(jié)合起來，它們產(chǎn)生光學(xué)效應(yīng)，掩蓋光伏電池并從人造光或太陽中捕獲能量。光伏元件連接到專用電路，以轉(zhuǎn)換和管理所產(chǎn)生的電能，使用它來為設(shè)備的電池充電。

該材料可以集成到任何類型的顯示器或觸摸屏中，該公司表示，提供90％的透明度，甚至有助于擴(kuò)大小屏幕的視角。在陽光充足的情況下，電流設(shè)備產(chǎn)生的功率可達(dá)5.8 mW/cm2。繼續(xù)研究和開發(fā)下一代有機(jī)半導(dǎo)體聚合物，預(yù)計到2014年將產(chǎn)生10 mW/cm2的峰值功率。

該公司聲稱，即使智能手機(jī)完全放電，拿著一個支持Wysips的手機(jī)直到燈光將產(chǎn)生足夠的能量來搜索網(wǎng)絡(luò)并進(jìn)行遠(yuǎn)程支付，例如，或緊急呼叫。雖然Wysips技術(shù)有可能取代電子書閱讀器和低端手機(jī)等低功耗設(shè)備的充電裝置，但預(yù)計可以使用更小尺寸的電池設(shè)計更高功率的設(shè)備。該公司預(yù)計將在不久的將來宣布與制造商達(dá)成許可協(xié)議。

太陽能電池

尋求將太陽能電池納入觸摸屏驅(qū)動的電池供電產(chǎn)品的OEM廠商可以找到來自各種制造商的選項(xiàng)數(shù)量。例如，可以考慮IXYS的Ixolar SolarBIT系列。雖然這些高效單晶器件設(shè)計用于比觸摸屏顯示器更廣泛的應(yīng)用，但它們非常緊湊，可輕松集成到多種類型的電池供電產(chǎn)品中。該系列中最小的設(shè)備是KXOB22-01X8，尺寸僅為22 x 7 x 1.6 mm，KXOB22-12X1尺寸為27 x 7 x 1.8 mm。典型的額定電壓分別為0.5 V/44.6 mA和3.4 V/3.8 mA，在晶圓級測量的效率為22％。

另一個受歡迎的供應(yīng)商選擇是三洋能源，提供廣泛的非晶太陽能電池。與晶體硅相比，非晶太陽能電池具有不規(guī)則的原子排列，制造商聲稱其允許更多的光被吸收。此外，使用金屬或塑料作為基板，可以生產(chǎn)柔性太陽能電池。 Sanyo的Amorton系列在玻璃基板上使用三個非晶硅層。根據(jù)應(yīng)用要求，電池可以在基板上串聯(lián)連接，從而可以獲得任何所需的電壓。

太陽能電池可用于室內(nèi)和室外。 AM-1456CA是可用于室內(nèi)的最小型號之一，例如觸摸屏計算器等設(shè)備。尺寸僅為10 x 25 mm，重量為700 mg，典型工作特性包括1.5 V/5.3 A操作，亮度為200 lux。對于戶外使用，在智能手機(jī)等設(shè)備中，Amorton設(shè)備通常可以產(chǎn)生100 mW/cm2的電流。中型設(shè)備，如AM-5412CAR，外形尺寸為50.1 x 33.1 mm，重7.3 g，最大輸出功率為93 mW（典型值為2.6 V/35.8 mA）。

總結(jié)

本文闡述了能量收集在觸摸屏設(shè)備中具有巨大的潛在應(yīng)用，無論是直接為其供電還是提高電池電量。國際研究結(jié)果表明，有許多技術(shù)可以使觸摸屏設(shè)備成為更加可行和有效的能量收集主張。太陽能和壓電發(fā)電技術(shù)正在開發(fā)中。然而，今天，已有的解決方案可以并且已經(jīng)在使用中。這些基于微型太陽能電池本身正在提高效率。