Strækbar multifunktionel fiber til energihøst og belastningsføling

Fiberbaseret elektronik forventes at spille en afgørende rolle i næste generation af bærbar elektronik. Vævet ind i tekstiler, de kan give højere holdbarhed, komfort, og integreret multifunktionalitet. Et KAIST-team har udviklet en strækbar multifunktionel fiber (SMF), der kan høste energi og detektere belastning, som kan anvendes til fremtidig bærbar elektronik.

Med bærbar elektronik, helbred og fysiske forhold kan vurderes ved at analysere biologiske signaler fra menneskekroppen, såsom puls og muskelbevægelser. Fibre er meget velegnede til fremtidig bærbar elektronik, fordi de let kan integreres i tekstiler, som er designet til at passe til buede overflader og behagelige at have på. I øvrigt, deres vævningsstrukturer tilbyder støtte, der gør dem modstandsdygtige over for træthed. Mange forskergrupper har udviklet fiberbaserede belastningssensorer til at registrere eksterne biologiske signaler. Imidlertid, deres følsomhed var relativt lav.

Anvendeligheden af ​​bærbare enheder er i øjeblikket begrænset af deres strømkilde, som størrelsen, vægt, og batteriets levetid reducerer deres alsidighed. At høste mekanisk energi fra den menneskelige krop er en lovende løsning til at overvinde sådanne begrænsninger ved at bruge forskellige typer bevægelser som bøjning, strække, og trykker. Imidlertid, tidligere rapporteret, fiberbaserede energihøstere var ikke strækbare og kunne ikke fuldt ud høste den tilgængelige mekaniske energi.

Professor Seungbum Hong og professor Steve Park fra Institut for Materialevidenskab og Teknik og deres team fremstillede en strækbar fiber ved at bruge et ferroelektrisk lag bestående af P(VDF-TrFE)/PDMS klemt mellem strækbare elektroder sammensat af en komposit af flervægget kulstof nanorør (MWCNT) og poly 3, 4-ethylendioxythiophen polystyrensulfonat (PEDOT:PSS).

Revner dannet i MWCNT/PEDOT:PSS-laget hjælper fiberen med at vise høj følsomhed sammenlignet med de tidligere rapporterede fiberstrain-sensorer. Desuden, den nye fiber kan høste mekanisk energi under forskellige mekaniske stimuli såsom udstrækning, tappe, og injicering af vand i fiberen under anvendelse af den piezoelektriske effekt af P (VDF-TrFE)/PDMS-laget.

Professor Hong sagde, "Denne nye fiber har forskellige funktionaliteter og gør enheden enkel og kompakt. Det er en kerneteknologi til udvikling af bærbare enheder med energihøst og belastningsfølende evner."