MXene टेक्सटाइल सुपरकैपेसिटर 'पैच' के साथ पहनने योग्य तकनीक को सशक्त बनाना

जनवरी 30, 2023 (नानावरक न्यूज़) ड्रेक्सल विश्वविद्यालय के शोधकर्ता पहनने योग्य वस्त्र प्रौद्योगिकी को वास्तविकता बनाने के एक कदम और करीब हैं। हाल ही में रॉयल सोसाइटी ऑफ केमिस्ट्री में प्रकाशित हुआ जर्नल ऑफ़ मटेरियल्स केमिस्ट्री ए ("वास्तविक दुनिया में उपयोग के लिए MXene टेक्सटाइल सुपरकैपेसिटर के साथ पहनने योग्य ऊर्जा भंडारण"), एक्सेंचर लैब्स में एक टीम के साथ साझेदारी में ड्रेक्सेल कॉलेज ऑफ इंजीनियरिंग के सामग्री वैज्ञानिकों ने लचीले पहनने योग्य सुपरकैपेसिटर पैच के एक नए डिजाइन की सूचना दी है। यह उपयोगकर्ता है एमएक्सईएन2011 में ड्रेक्सेल विश्वविद्यालय में खोजी गई एक सामग्री, एक कपड़ा-आधारित सुपरकैपेसिटर बनाने के लिए जो मिनटों में चार्ज कर सकती है और लगभग दो घंटे के लिए Arduino माइक्रोकंट्रोलर तापमान सेंसर और डेटा के रेडियो संचार को शक्ति प्रदान कर सकती है। "यह पहनने योग्य प्रौद्योगिकी के लिए एक महत्वपूर्ण विकास है," यूरी गोगोत्सी, पीएचडी, विशिष्ट विश्वविद्यालय और ड्रेक्सेल कॉलेज ऑफ इंजीनियरिंग में बाख प्रोफेसर, जिन्होंने अध्ययन का सह-लेखन किया था, ने कहा। "कपड़े में प्रौद्योगिकी को पूरी तरह से एकीकृत करने के लिए, हमें इसके शक्ति स्रोत को समेकित रूप से एकीकृत करने में भी सक्षम होना चाहिए - हमारा आविष्कार कपड़ा ऊर्जा भंडारण उपकरणों के लिए आगे का रास्ता दिखाता है।" ड्रेक्सल विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं द्वारा बनाया गया एक लचीला कपड़ा सुपरकैपेसिटर पैच, एक माइक्रोकंट्रोलर को शक्ति प्रदान कर सकता है और बिना रिचार्ज के लगभग दो घंटे तक तापमान डेटा प्रसारित कर सकता है। (छवि: ड्रेक्सेल यूनिवर्सिटी) गोगोत्सी के स्नातक और पोस्टडॉक्टोरल छात्रों के साथ सह-लेखक; जेनेवीव डायोन, सेंटर फॉर फंक्शनल फैब्रिक्स के प्रोफेसर और निदेशक और कैलिफोर्निया में एक्सेंचर लैब्स के शोधकर्ता, यह अध्ययन पिछले शोध पर आधारित है, जिसमें एमएक्सईएन-फंक्शनलाइज्ड टेक्सटाइल की स्थायित्व, विद्युत चालकता और ऊर्जा भंडारण क्षमता को देखा गया था, जिसने टेक्सटाइल को अनुकूलित करने के लिए जोर नहीं दिया। एलईडी रोशनी जैसे निष्क्रिय उपकरणों से परे इलेक्ट्रॉनिक्स को बिजली देने के लिए। नवीनतम काम से पता चलता है कि यह न केवल एक कपड़ा होने की कठोरता का सामना कर सकता है, बल्कि यह प्रोग्रामेबल इलेक्ट्रॉनिक्स को चलाने के लिए पर्याप्त शक्ति भी स्टोर और वितरित कर सकता है और पर्यावरण डेटा को घंटों तक प्रसारित कर सकता है - प्रगति जो इसे स्वास्थ्य देखभाल प्रौद्योगिकी में उपयोग के लिए स्थिति में ला सकती है। "जबकि वहाँ कई सामग्रियां हैं जिन्हें वस्त्रों में एकीकृत किया जा सकता है, एमएक्सईएन का अपनी प्राकृतिक चालकता और स्थिर कोलाइडल समाधान के रूप में पानी में फैलाने की क्षमता के कारण अन्य सामग्रियों पर एक विशिष्ट लाभ है। इसका मतलब यह है कि एमएक्सईन को कपड़े से चिपकाने के लिए टेक्सटाइल को आसानी से एमएक्सईएन के साथ लेपित किया जा सकता है - और अतिरिक्त उत्पादन कदम -," कॉलेज में डॉक्टरेट शोधकर्ता और सह-लेखक टेटियाना ह्रीहोरचुक ने कहा। "परिणामस्वरूप, हमारे सुपरकैपेसिटर ने एक उच्च ऊर्जा घनत्व दिखाया और कार्यात्मक अनुप्रयोगों को सक्षम किया जैसे कि प्रोग्राम करने योग्य इलेक्ट्रॉनिक्स को शक्ति देना, जो वास्तविक जीवन के अनुप्रयोगों में कपड़ा-आधारित ऊर्जा भंडारण को लागू करने के लिए आवश्यक है।" ड्रेक्सेल के शोधकर्ता एमएक्सईएन, एक प्रवाहकीय द्वि-आयामी नैनो सामग्री को एक कोटिंग के रूप में अपनाने की संभावना की खोज कर रहे हैं, जो चालकता, स्थायित्व, विद्युत चुम्बकीय विकिरण के लिए अभेद्यता और ऊर्जा भंडारण के असाधारण गुणों के साथ सामग्री की एक विस्तृत श्रृंखला को ग्रहण कर सकता है। हाल ही में, टीम ने कपड़ा बनाने के लिए प्रवाहकीय एमएक्सईएन यार्न का उपयोग करने के तरीकों पर ध्यान दिया है जो तापमान, आंदोलन और दबाव को समझते हैं और प्रतिक्रिया देते हैं। लेकिन इन कपड़े उपकरणों को "पहनने योग्य" के रूप में पूरी तरह से एकीकृत करने के लिए शोधकर्ताओं को मिश्रण में एक शक्ति स्रोत बुनाई का एक तरीका खोजने की भी आवश्यकता थी। शोध दल ने लिखा, "लचीला, फैला हुआ और सही मायने में कपड़ा-ग्रेड ऊर्जा भंडारण प्लेटफॉर्म वर्तमान में उपलब्ध सामग्रियों और प्रौद्योगिकियों के अपर्याप्त प्रदर्शन मेट्रिक्स के कारण अधिकांश ई-टेक्सटाइल सिस्टम से गायब रहे हैं।" "पिछले अध्ययनों ने औद्योगिक बुनाई का सामना करने के लिए पर्याप्त यांत्रिक शक्ति की सूचना दी थी। हालाँकि, प्रदर्शित एप्लिकेशन में केवल साधारण उपकरण शामिल थे। टीम ने सक्रिय सामग्री की न्यूनतम मात्रा का उपयोग करते हुए ऊर्जा भंडारण क्षमता को अधिकतम करने के लक्ष्य के साथ अपने एमएक्सईएन टेक्सटाइल सुपरकैपेसिटर पैच को डिजाइन करने के लिए निर्धारित किया है - उत्पादन की समग्र लागत को कम करने और लचीलेपन और पहनने की क्षमता को बनाए रखने के लिए परिधान। सुपरकैपेसिटर बनाने के लिए, टीम ने बुने हुए सूती कपड़े के छोटे नमूनों को एक एमएक्सईएन समाधान में डुबोया और फिर लिथियम क्लोराइड इलेक्ट्रोलाइट जेल पर स्तरित किया। प्रत्येक सुपरकैपेसिटर सेल में एमएक्सईन-लेपित टेक्सटाइल की दो परतें होती हैं, जिसमें एक इलेक्ट्रोलाइट सेपरेटर भी होता है जो सूती वस्त्र से बना होता है।

[एम्बेडेड सामग्री]

इंजीनियरिंग कॉलेज में डॉक्टरेट शोधकर्ता एलेक्स इनमैन ने कहा, "हम 25 वर्ग सेंटीमीटर के क्षेत्र के साथ एक डिप-कोटेड, पांच-सेल स्टैक के अनुकूलित कॉन्फ़िगरेशन पर आए, जो विद्युत प्रोग्राम करने योग्य उपकरणों के लिए आवश्यक विद्युत लोडिंग का उत्पादन करते हैं।" कागज के सह-लेखक। “हमने प्रदर्शन में गिरावट को रोकने के लिए कोशिकाओं को वैक्यूम-सील भी किया। यह पैकेजिंग दृष्टिकोण वाणिज्यिक उत्पादों पर लागू हो सकता है।" सबसे अच्छा प्रदर्शन करने वाला कपड़ा सुपरकैपेसिटर एक Arduino Pro Mini 3.3V माइक्रोकंट्रोलर संचालित करता है जो 30 मिनट के लिए हर 96 सेकंड में वायरलेस रूप से तापमान संचारित करने में सक्षम था। और इसने प्रदर्शन के इस स्तर को 20 दिनों से अधिक समय तक लगातार बनाए रखा। गोगोत्सी ने कहा, "व्यावहारिक परिधीय इलेक्ट्रॉनिक्स सिस्टम को शक्ति देने वाले एमएक्सईएन टेक्सटाइल सुपरकैपेसिटर की प्रारंभिक रिपोर्ट दो आयामी सामग्रियों के इस परिवार की क्षमता को प्रदर्शित करती है, जो मोशन ट्रैकर्स और बायोमेडिकल मॉनिटर जैसे लचीले टेक्सटाइल फॉर्म में उपकरणों की एक विस्तृत श्रृंखला का समर्थन करती है।" शोध दल ने नोट किया कि यह कपड़ा ऊर्जा उपकरण के रिकॉर्ड पर उच्चतम कुल बिजली उत्पादनों में से एक है, लेकिन यह अभी भी सुधार कर सकता है। जैसा कि वे प्रौद्योगिकी का विकास करना जारी रखते हैं, वे वोल्टेज को बढ़ावा देने के साथ-साथ विभिन्न प्रकार के पहनने योग्य रूपों में डिजाइन करने के लिए विभिन्न इलेक्ट्रोलाइट्स और कपड़ा इलेक्ट्रोड कॉन्फ़िगरेशन का परीक्षण करेंगे। शोधकर्ताओं ने लिखा, "मौजूदा ई-कपड़ा उपकरणों के लिए बिजली अभी भी लिथियम-पॉलीमर और कॉइन सेल लिथियम बैटरी जैसे पारंपरिक रूप कारकों पर निर्भर करती है।" "इस प्रकार, अधिकांश ई-टेक्सटाइल सिस्टम एक लचीली ई-टेक्सटाइल आर्किटेक्चर का उपयोग नहीं करते हैं जिसमें लचीली ऊर्जा भंडारण शामिल है। इस अध्ययन में विकसित MXene सुपरकैपेसिटर शून्य को भरता है, एक कपड़ा-आधारित ऊर्जा भंडारण समाधान प्रदान करता है जो लचीले इलेक्ट्रॉनिक्स को शक्ति प्रदान कर सकता है।

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• स्रोत: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62271.php