Virtakäyttöinen puettava tekniikka MXene-tekstiilisuperkondensaattorilla

30. tammikuuta 2023 (Nanowerk-uutiset) Drexelin yliopiston tutkijat ovat askeleen lähempänä puettavan tekstiiliteknologian toteuttamista. Äskettäin julkaistu Royal Society of Chemistry's -lehdessä Journal of Material's Chemistry A ("Käytettävä energian varastointi MXene-tekstiilisuperkondensaattorien kanssa todelliseen käyttöön"), materiaalitutkijat Drexel's College of Engineeringistä yhteistyössä Accenture Labsin tiimin kanssa ovat raportoineet joustavan puettavan superkondensaattorin uudesta mallista. Se käyttää MXeneDrexelin yliopistosta vuonna 2011 löydetty materiaali tekstiilipohjaisen superkondensaattorin luomiseksi, joka pystyy lataamaan muutamassa minuutissa ja syöttämään Arduino-mikrokontrollerin lämpötila-anturia ja lähettämään dataa radioviestinnällä lähes kahden tunnin ajan. "Tämä on merkittävä kehitys puettavalle teknologialle", sanoi Yury Gogotsi, PhD, Distinguished University ja Bachin professori Drexel's College of Engineeringistä, joka oli tutkimuksen mukana. "Jotta tekniikka integroidaan täysin kankaaseen, meidän on myös pystyttävä integroimaan saumattomasti sen virtalähde - keksintömme näyttää polun eteenpäin tekstiilienergian varastointilaitteille." Drexel-yliopiston tutkijoiden luoma joustava tekstiilisuperkondensaattoripatch voi antaa virtaa mikro-ohjaimelle ja lähettää lämpötilatietoja langattomasti lähes kahden tunnin ajan ilman latausta. (Kuva: Drexel University) Tekijänä yhdessä Gogotsin perustutkinto- ja jatko-opiskelijoiden kanssa; Genevieve Dion, professori ja Center for Functional Fabrics -keskuksen johtaja ja tutkijat Accenture Labsista Kaliforniasta, tutkimus perustuu aiempaan tutkimukseen, jossa tarkasteltiin MXene-funktionalisoitujen tekstiilien kestävyyttä, sähkönjohtavuutta ja energian varastointikykyä, jotka eivät painostaneet tekstiilin optimointia. elektroniikan syöttämiseen passiivisten laitteiden, kuten LED-valojen, ulkopuolella. Viimeisin työ osoittaa, että se ei vain kestä tekstiilinä olemisen vaatimuksia, vaan se pystyy myös varastoimaan ja toimittamaan riittävästi virtaa ohjaamaan ohjelmoitavaa elektroniikkaa, joka kerää ja lähettää ympäristötietoja tuntikausia – edistystä, joka voisi asettaa sen käytettäväksi terveydenhuoltoteknologiassa. "Vaikka siellä on monia materiaaleja, jotka voidaan integroida tekstiileihin, MXene on selkeä etu muihin materiaaleihin verrattuna, koska se on luonnollinen johtavuus ja kyky hajota veteen vakaana kolloidisena liuoksena. Tämä tarkoittaa, että tekstiilit voidaan helposti päällystää MXene:llä ilman kemiallisia lisäaineita – ja ylimääräisiä tuotantovaiheita – saadakseen MXene kiinnittymään kankaaseen”, sanoi Tetiana Hryhorchuk, Collegen tohtoritutkija ja toinen kirjoittaja. "Tämän seurauksena superkondensaattorimme osoitti suurta energiatiheyttä ja mahdollisti toiminnallisia sovelluksia, kuten ohjelmoitavan elektroniikan virransyöttöä, jota tarvitaan tekstiilipohjaisen energian varastoinnin toteuttamiseen tosielämän sovelluksissa." Drexelin tutkijat ovat tutkineet mahdollisuutta mukauttaa MXene, johtava kaksiulotteinen nanomateriaali, pinnoitteeksi, joka voi imeä monenlaisia ​​materiaaleja poikkeuksellisilla johtavuuden, kestävyyden, sähkömagneettisen säteilyn läpäisemättömyyden ja energian varastoinnin ominaisuuksilla. Viime aikoina tiimi on tutkinut tapoja käyttää johtavaa MXene-lankaa luomaan tekstiilejä, jotka tunnistavat lämpötilan, liikkeen ja paineen ja reagoivat niihin. Mutta jotta nämä kangaslaitteet voitaisiin integroida täysin "puetettaviksi", tutkijoiden oli myös löydettävä tapa kutoa virtalähde sekoitukseen. "Joustavat, venyvät ja aidosti tekstiililaatuiset energian varastointialustat ovat toistaiseksi puuttuneet useimmista e-tekstiilijärjestelmistä johtuen nykyisten saatavilla olevien materiaalien ja tekniikoiden riittämättömistä suorituskykymittareista", tutkimusryhmä kirjoitti. "Aiemmat tutkimukset kertoivat riittävästä mekaanisesta lujuudesta kestämään teollista neulontaa. Esitetty sovellus sisälsi kuitenkin vain yksinkertaisia ​​laitteita." Tiimi päätti suunnitella MXene-tekstiilisuperkondensaattorin, jonka tavoitteena on maksimoida energian varastointikapasiteetti käyttämällä mahdollisimman vähän aktiivista materiaalia ja viemällä mahdollisimman vähän tilaa – alentaakseen kokonaistuotantokustannuksia ja säilyttääkseen laitteen joustavuuden ja kulumisen. vaate. Superkondensaattorin luomiseksi ryhmä yksinkertaisesti upotti pieniä tilkkuja kudottua puuvillatekstiiliä MXene-liuokseen ja kerrostettiin sitten litiumkloridielektrolyyttigeelille. Jokainen superkondensaattorikenno koostuu kahdesta kerroksesta MXene-pinnoitettua tekstiiliä ja elektrolyyttierotin, joka on myös valmistettu puuvillakankaasta.

[Upotetun sisällön]

"Saimme optimoidun kokoonpanon kastopinnoitetulle viisikennoiselle pinolle, jonka pinta-ala on 25 neliösenttimetriä, jotta voimme tuottaa ohjelmoitavien laitteiden virtalähteeksi tarvittavan sähköisen kuormituksen", sanoi Alex Inman, tohtoritutkija College of Engineeringistä. lehden toinen kirjoittaja. "Suljesimme myös kennot tyhjiössä estääksemme suorituskyvyn heikkenemisen. Tätä pakkaustapaa voitaisiin soveltaa kaupallisiin tuotteisiin." Tehokkain tekstiilisuperkondensaattori sai virtansa Arduino Pro Mini 3.3 V -mikro-ohjaimesta, joka pystyi lähettämään lämpötilaa langattomasti 30 sekunnin välein 96 minuutin ajan. Ja se säilytti tämän suoritustason jatkuvasti yli 20 päivän ajan. "Alkuperäinen raportti MXene-tekstiilisuperkondensaattorista, joka antaa virtaa käytännölliselle oheiselektroniikkajärjestelmälle, osoittaa tämän kaksiulotteisen materiaaliperheen potentiaalin tukea monenlaisia ​​laitteita, kuten liikkeenseurantalaitteita ja biolääketieteellisiä monitoreja joustavassa tekstiilimuodossa", Gogotsi sanoi. Tutkimusryhmä toteaa, että tämä on yksi suurimmista tekstiilienergialaitteen kokonaistehoista, mutta se voi silti parantaa. Jatkaessaan teknologian kehittämistä he testaavat erilaisia ​​elektrolyyttejä ja tekstiilielektrodikokoonpanoja jännitteen lisäämiseksi sekä suunnittelevat sen erilaisiin puetettaviin muotoihin. "Nykyisten sähköisten tekstiililaitteiden teho on edelleen suurelta osin riippuvainen perinteisistä muototekijöistä, kuten litiumpolymeeri- ja kolikkokenno-litiumparistoista", tutkijat kirjoittivat. ”Sellaisenaan useimmat e-tekstiilijärjestelmät eivät käytä joustavaa e-tekstiiliarkkitehtuuria, joka sisältää joustavan energian varastoinnin. Tässä tutkimuksessa kehitetty MXene-superkondensaattori täyttää tyhjiön tarjoamalla tekstiilipohjaisen energian varastointiratkaisun, joka voi toimia joustavana elektroniikkana.

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• Lähde: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62271.php