CO2 激光將皮革轉化為可穿戴柔性能量裝置

激光技術革新皮革能源裝置

研究人員開發出一種基於激光的方法，將天然皮革轉化為柔性能源裝置，為可持續可穿戴電子產品開闢新途徑。該技術使用 CO2 激光直接在植物鞣製皮革上刻寫導電圖案，將其表面轉化為可儲存及調節電能的碳材質，從而製成嵌入柔軟可穿戴材料的微型超級電容器。此研究由吉林大學的韓東東（Dong-Dong Han）領導，他表示此方法簡化了製造流程，並降低環境影響。

韓東東解釋：「使用激光，我們直接在植物鞣製皮革上刻寫導電圖案，製成可儲存能量並平滑電訊號的微型超級電容器，從而提升可穿戴電子的可靠性。」

與傳統能源儲存裝置依賴合成材料及化學密集製程不同，此方法採用天然基材及單一步驟製造。激光將皮革表面轉化為導電且多孔結構，無需複雜製造流程。韓東東補充：「相較傳統裝置依賴合成材料及複雜化學製程，我們的方法使用親膚天然材料，並以一步驟完成製造。」

性能優化與應用示範

研究人員透過調整激光參數，控制碳材質形成方式，從而精準調校性能。導電圖案作為電極，讓離子在充放電過程中快速聚集及釋放。激光誘導的碳層形成多孔結構，增加可用表面積，提升儲電效率。此微型超級電容器不僅儲存能量，還能穩定電輸出，減少波動對裝置性能的影響，適合緊湊低功耗可穿戴系統。

團隊示範了圖案化的微型超級電容器，形狀包括老虎、龍及兔子，突顯製程靈活性。這些裝置在重複充放電循環中表現穩定，並在 60 Hz 頻率下有效運作。測試中，它們成功驅動 LED 燈及小型電子手錶。

韓東東指出：「微型超級電容器適合柔性舒適可穿戴電子，因其建基於柔軟材料，可自由塑造並直接整合至產品中。」研究團隊認為，此技術可取代剛性電池，用於智慧手錶錶帶，實現更薄更舒適設計，亦適用於智慧服裝及皮膚貼附感測器。

可持續優勢與未來展望

此方法以可再生皮革取代塑膠基材，將製造簡化為單一激光步驟，無需化學品或潔淨室製程，並將儲能與訊號濾波整合於一裝置。韓東東強調：「我們的製程以可再生材料取代塑膠基材，簡化為單激光步驟，無需化學品或潔淨室，並在單裝置中結合儲能及訊號濾波。」

未來工作將聚焦提升耐用性及性能，特別在現實環境如汗水、濕度及重複彎曲下的表現。團隊亦探索整合至自供電健康監測系統。此研究已發表於《Optics Letters》期刊。