تقویت فناوری پوشیدنی با «پچ» ابرخازن نساجی MXene

30 ژانویه 2023 (اخبار نانوورک) محققان دانشگاه Drexel یک گام به تحقق فناوری منسوجات پوشیدنی نزدیکتر شده اند. اخیراً در انجمن سلطنتی شیمی منتشر شده است مجله شیمی مواد الف ("ذخیره انرژی پوشیدنی با ابرخازن های نساجی MXene برای استفاده در دنیای واقعی"دانشمندان مواد از کالج مهندسی Drexel، با همکاری تیمی در Accenture Labs، طراحی جدیدی از یک پچ ابرخازن پوشیدنی انعطاف پذیر را گزارش کرده اند. استفاده می کند MXeneماده ای که در سال 2011 در دانشگاه درکسل کشف شد، برای ایجاد یک ابرخازن مبتنی بر نساجی که می تواند در عرض چند دقیقه شارژ شود و حسگر دما میکروکنترلر آردوینو و ارتباطات رادیویی داده ها را برای تقریبا دو ساعت نیرو دهد. یوری گوگوتسی، دکترا، دانشگاه ممتاز و استاد باخ در کالج مهندسی Drexel که یکی از نویسندگان این مطالعه است، گفت: «این یک پیشرفت قابل توجه برای فناوری پوشیدنی است. برای ادغام کامل فناوری در پارچه، ما همچنین باید بتوانیم منبع انرژی آن را به طور یکپارچه ادغام کنیم - اختراع ما مسیر رو به جلو را برای دستگاه های ذخیره انرژی نساجی نشان می دهد. یک پچ ابرخازن نساجی انعطاف پذیر که توسط محققان دانشگاه درکسل ایجاد شده است، می تواند یک میکروکنترلر را تغذیه کند و به صورت بی سیم داده های دما را برای نزدیک به دو ساعت بدون شارژ مجدد منتقل کند. (تصویر: دانشگاه درکسل) با همکاری دانشجویان کارشناسی و فوق دکتری گوگوتسی. Genevieve Dion، پروفسور و مدیر مرکز پارچه های کاربردی و محققان آزمایشگاه Accenture در کالیفرنیا، این مطالعه بر اساس تحقیقات قبلی است که به دوام، رسانایی الکتریکی و ظرفیت ذخیره انرژی منسوجات دارای عملکرد MXene که برای بهینه سازی منسوجات فشار نمی آورد، انجام شده است. برای تامین انرژی الکترونیکی فراتر از وسایل غیرفعال مانند چراغ های LED. آخرین کار نشان می‌دهد که نه تنها می‌تواند در برابر سختی‌های منسوجات بودن مقاومت کند، بلکه می‌تواند انرژی کافی برای جمع‌آوری و انتقال داده‌های محیطی الکترونیکی قابل برنامه‌ریزی را برای ساعت‌ها ذخیره و تحویل دهد - پیشرفتی که می‌تواند آن را برای استفاده در فناوری مراقبت‌های بهداشتی قرار دهد. "در حالی که مواد زیادی وجود دارد که می توانند در منسوجات ادغام شوند، MXene به دلیل رسانایی طبیعی و توانایی آن برای پراکندگی در آب به عنوان یک محلول کلوئیدی پایدار، مزیت مشخصی نسبت به سایر مواد دارد. این بدان معناست که منسوجات را می توان به راحتی بدون استفاده از افزودنی های شیمیایی - و مراحل تولید اضافی - با MXene پوشاند تا MXene به پارچه بچسبد." "در نتیجه، ابرخازن ما چگالی انرژی بالایی را نشان داد و برنامه های کاربردی مانند برق رسانی الکترونیک قابل برنامه ریزی را فعال کرد، که برای پیاده سازی ذخیره انرژی مبتنی بر نساجی در برنامه های کاربردی واقعی مورد نیاز است." محققان Drexel در حال بررسی امکان تطبیق MXene، یک نانومواد دو بعدی رسانا، به عنوان پوششی هستند که می‌تواند طیف وسیعی از مواد را با خواص استثنایی رسانایی، دوام، نفوذناپذیری در برابر تشعشعات الکترومغناطیسی و ذخیره انرژی آغشته کند. اخیراً، این تیم راه‌های استفاده از نخ MXene رسانا را برای ایجاد منسوجاتی که دما، حرکت و فشار را حس می‌کنند و به آن پاسخ می‌دهند، بررسی کرده‌اند. اما برای ادغام کامل این دستگاه‌های پارچه‌ای به‌عنوان «پوشیدنی‌ها»، محققان همچنین باید راهی برای بافتن یک منبع انرژی در ترکیب بیابند. تیم تحقیقاتی نوشت: «پلت‌فرم‌های ذخیره‌سازی انرژی انعطاف‌پذیر، قابل انعطاف و واقعاً در سطح منسوجات تاکنون در اکثر سیستم‌های نساجی الکترونیکی به دلیل معیارهای عملکرد ناکافی مواد و فناوری‌های موجود فعلی گم شده‌اند». "مطالعات قبلی استحکام مکانیکی کافی برای مقاومت در برابر بافندگی صنعتی را گزارش کردند. با این حال، برنامه نشان داده شده تنها شامل دستگاه های ساده می شود. این تیم تصمیم گرفت پچ ابرخازن نساجی MXene خود را با هدف به حداکثر رساندن ظرفیت ذخیره انرژی و در عین حال استفاده از حداقل مقدار ماده فعال و اشغال کمترین فضا طراحی کند - تا هزینه کلی تولید را کاهش دهد و انعطاف پذیری و پوشیدن را حفظ کند. لباس برای ایجاد ابرخازن، تیم به سادگی نمونه‌های کوچکی از منسوجات پنبه‌ای بافته شده را در محلول MXene فرو کردند و سپس روی یک ژل الکترولیت کلرید لیتیوم قرار دادند. هر سلول ابرخازن از دو لایه منسوجات پوشش داده شده با MXene با جداکننده الکترولیت نیز از پارچه پنبه ای تشکیل شده است.

[محتوای جاسازی شده]

الکس اینمن، محقق دکترا در کالج مهندسی، گفت: "ما به پیکربندی بهینه یک پشته پنج سلولی با پوشش غوطه ور با مساحت 25 سانتی متر مربع برای تولید بار الکتریکی لازم برای تامین انرژی دستگاه های قابل برنامه ریزی رسیدیم." نویسنده مشترک مقاله ما همچنین سلول ها را با خلاء آب بندی کردیم تا از تخریب عملکرد جلوگیری کنیم. این رویکرد بسته بندی می تواند برای محصولات تجاری قابل اجرا باشد. ابرخازن نساجی با بهترین عملکرد، یک میکروکنترلر 3.3 ولتی Arduino Pro Mini را تامین می کرد که قادر بود هر 30 ثانیه به مدت 96 دقیقه دما را به صورت بی سیم انتقال دهد. و این سطح از عملکرد را به طور مداوم برای بیش از 20 روز حفظ کرد. گوگوتسی گفت: «گزارش اولیه یک ابرخازن نساجی MXene که به یک سیستم الکترونیکی محیطی کاربردی نیرو می‌دهد، پتانسیل این خانواده از مواد دو بعدی را برای پشتیبانی از طیف گسترده‌ای از دستگاه‌ها مانند ردیاب‌های حرکتی و مانیتورهای زیست‌پزشکی به شکل منسوجات انعطاف‌پذیر نشان می‌دهد. تیم تحقیقاتی خاطرنشان می کند که این یکی از بالاترین کل توان خروجی ثبت شده برای یک دستگاه انرژی نساجی است، اما همچنان می تواند بهبود یابد. همانطور که آنها به توسعه فناوری ادامه می دهند، الکترولیت های مختلف و پیکربندی الکترود نساجی را برای افزایش ولتاژ آزمایش می کنند و همچنین آن را در اشکال مختلف پوشیدنی طراحی می کنند. محققان نوشتند: «قدرت دستگاه‌های نساجی الکترونیکی موجود هنوز تا حد زیادی به عوامل شکل سنتی مانند باتری‌های لیتیوم پلیمری و باتری‌های لیتیوم سلول سکه‌ای وابسته است. به این ترتیب، اکثر سیستم‌های نساجی الکترونیکی از معماری منسوجات الکترونیکی انعطاف‌پذیر که شامل ذخیره‌سازی انرژی انعطاف‌پذیر است، استفاده نمی‌کنند. ابرخازن MXene که در این مطالعه توسعه یافته است، خلاء را پر می کند و یک راه حل ذخیره انرژی مبتنی بر نساجی ارائه می دهد که می تواند برق الکترونیکی انعطاف پذیر را تامین کند.

• محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
• پلاتوبلاک چین. Web3 Metaverse Intelligence. دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
• منبع: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62271.php