Kantava tehnoloogia toide MXene tekstiilist superkondensaatori "plaastriga"

30. jaanuar 2023 (Nanowerki uudised) Drexeli ülikooli teadlased on ühe sammu lähemal kantavate tekstiilide tehnoloogia reaalsuseks muutmisele. Hiljuti avaldati Royal Society of Chemistry's Ajakiri Material’s Chemistry A (“Wearable energy storage with MXene textile supercapacitors for real world use”), on Drexeli Tehnikakolledži materjaliteadlased koostöös Accenture Labsi meeskonnaga teatanud paindliku kantava superkondensaatori plaastri uuest disainist. See kasutab MXene, materjal, mis avastati Drexeli ülikoolis 2011. aastal, et luua tekstiilil põhinev superkondensaator, mis suudab laadida minutitega ja anda toite Arduino mikrokontrolleri temperatuuriandurile ja andmeside raadiosides peaaegu kaheks tunniks. "See on kantavate tehnoloogiate jaoks märkimisväärne areng," ütles uuringu kaasautor Yury Gogotsi, PhD, Distinguished University ja Bachi professor Drexeli Tehnikakolledžis. "Tehnoloogia täielikuks integreerimiseks kangasse peame suutma ka selle toiteallika sujuvalt integreerida - meie leiutis näitab tekstiilenergia salvestusseadmete teed." Drexeli ülikooli teadlaste loodud painduv tekstiilist superkondensaatori plaaster suudab toita mikrokontrolleri ja edastada juhtmevabalt temperatuuriandmeid peaaegu kaks tundi ilma laadimiseta. (Pilt: Drexeli ülikool) Koostatud koos Gogotsi bakalaureuse- ja järeldoktorantidega; Genevieve Dion, funktsionaalsete kangaste keskuse professor ja direktor ning Californias asuva Accenture Labsi teadlased, tugineb uuringus varasematele uuringutele, milles vaadeldi MXene-funktsionaliseeritud tekstiilide vastupidavust, elektrijuhtivust ja energiasalvestusvõimet, mis ei sundinud tekstiili optimeerima. elektroonika toiteks passiivsetest seadmetest, näiteks LED-tuledest. Viimased tööd näitavad, et see mitte ainult ei pea vastu tekstiiliks olemise karmidele, vaid suudab ka salvestada ja pakkuda piisavalt võimsust, et käivitada programmeeritav elektroonika, mis kogub ja edastab keskkonnaandmeid tundide jooksul – edusammud, mis võiksid seda kasutada tervishoiutehnoloogias. "Kuigi seal on palju materjale, mida saab tekstiilidesse integreerida, on MXene'il selge eelis teiste materjalide ees, kuna see on loomulik juhtivus ja võime dispergeerida vees stabiilse kolloidlahusena. See tähendab, et tekstiile saab hõlpsasti katta MXene'iga ilma keemilisi lisandeid ja täiendavaid tootmisetappe kasutamata, et MXene kanga külge kleepuks," ütles kolledži doktorant ja kaasautor Tetiana Hryhorchuk. "Selle tulemusena näitas meie superkondensaator suurt energiatihedust ja võimaldas funktsionaalseid rakendusi, nagu programmeeritava elektroonika toide, mida on vaja tekstiilipõhise energiasalvestuse rakendamiseks reaalsetes rakendustes." Drexeli teadlased on uurinud võimalust kohandada juhtivat kahemõõtmelist nanomaterjali MXene kattekihina, mis suudab immutada mitmesuguseid materjale, millel on erakordsed juhtivuse, vastupidavuse, elektromagnetilise kiirguse mitteläbilaskvuse ja energia salvestamise omadused. Hiljuti on meeskond uurinud viise, kuidas kasutada juhtivat MXene lõnga, et luua tekstiile, mis tunnevad ja reageerivad temperatuuri, liikumist ja survet. Kuid nende kangasseadmete täielikuks integreerimiseks "kantavate esemetena" pidid teadlased leidma ka viisi, kuidas segusse toiteallikat põimida. "Paindlikud, venivad ja tõeliselt tekstiilikvaliteediga energiasalvestusplatvormid on siiani jäänud enamikust e-tekstiilisüsteemidest puudu, kuna praeguste saadaolevate materjalide ja tehnoloogiate jõudlusnäitajad on ebapiisavad," kirjutas uurimisrühm. "Varasemad uuringud näitasid piisavat mehaanilist tugevust, et taluda tööstuslikku kudumist. Kuid demonstreeritud rakendus hõlmas ainult lihtsaid seadmeid. Meeskond otsustas välja töötada oma MXene tekstiilist superkondensaatori plaastri eesmärgiga maksimeerida energiasalvestusvõimet, kasutades minimaalset kogust aktiivset materjali ja võttes võimalikult vähe ruumi – et vähendada üldisi tootmiskulusid ning säilitada materjali paindlikkus ja kulumisvõime. rõivas. Superkondensaatori loomiseks kastis meeskond lihtsalt väikesed kootud puuvillase tekstiili proovid MXene lahusesse, seejärel kihiti liitiumkloriidi elektrolüüdigeelile. Iga superkondensaatori element koosneb kahest kihist MXene-kattega tekstiilist, mille elektrolüüdi eraldaja on samuti valmistatud puuvillasest tekstiilist.

[Varjatud sisu]

"Jõudsime 25 ruutsentimeetrise pindalaga kastekattega viieelemendilise virna optimeeritud konfiguratsioonini, et tekitada programmeeritavate seadmete toiteks vajalikku elektrilist koormust," ütles Alex Inman, tehnikakolledži doktorant. paberi kaasautor. "Samuti sulgesime rakud vaakumiga, et vältida jõudluse halvenemist. Seda pakkimisviisi võiks kohaldada kommertstoodetele. Parima jõudlusega tekstiilist superkondensaator toidab Arduino Pro Mini 3.3 V mikrokontrollerit, mis suutis juhtmevabalt edastada temperatuuri iga 30 sekundi järel 96 minuti jooksul. Ja see säilitas selle jõudluse taseme järjepidevalt rohkem kui 20 päeva. "Esialgne aruanne MXene tekstiilist superkondensaatorist, mis toidab praktilist perifeerset elektroonikasüsteemi, näitab selle kahemõõtmeliste materjalide perekonna potentsiaali toetada mitmesuguseid seadmeid, nagu liikumisjälgijad ja biomeditsiinilised monitorid paindlikus tekstiilvormis, " ütles Gogotsi. Uurimisrühm märgib, et see on tekstiilenergiaseadme jaoks üks suurimaid koguvõimsusi, kuid see võib siiski paraneda. Tehnoloogia arendamisel katsetavad nad pinge suurendamiseks erinevaid elektrolüüte ja tekstiilelektroodide konfiguratsioone ning kujundavad seda mitmesugustes kantavates vormides. "Olemasolevate e-tekstiilseadmete võimsus sõltub endiselt suures osas traditsioonilistest vormiteguritest, nagu liitiumpolümeer ja mündielemendiga liitiumakud," kirjutasid teadlased. „Sellisena ei kasuta enamik e-tekstiilisüsteeme paindlikku e-tekstiili arhitektuuri, mis sisaldab paindlikku energiasalvestust. Selles uuringus välja töötatud MXene superkondensaator täidab tühimiku, pakkudes tekstiilil põhinevat energiasalvestuslahendust, mis suudab toita paindlikku elektroonikat.

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• Platoblockchain. Web3 metaversiooni intelligentsus. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62271.php