Robust stofbaseret piezoelektrisk energihøster tager os et skridt tættere på bærbar elektronik

KAIST-forskere præsenterede en meget fleksibel, men robust, bærbar piezoelektrisk høstmaskine ved hjælp af den enkle og lette fremstillingsproces med varmpresning og tapestøbning. Denne energihøster, som har rekordhøj grænsefladeadhæsionsstyrke, vil tage os et skridt tættere på at kunne fremstille indlejret bærbar elektronik. Et forskerhold ledet af professor Seungbum Hong sagde, at det nye ved dette resultat ligger i dets enkelthed, anvendelighed, holdbarhed, og dens nye karakterisering af bærbare elektroniske enheder.

Bærbare enheder bliver i stigende grad brugt i en bred vifte af applikationer fra små elektronik til indlejrede enheder såsom sensorer, aktuatorer, skærme, og energihøstere.

På trods af deres mange fordele, høje omkostninger og komplekse fremstillingsprocesser var fortsat udfordringer for at nå kommercialisering. Ud over, Der blev ofte stillet spørgsmålstegn ved deres holdbarhed. For at løse disse problemer, Professor Hongs team udviklede en ny fremstillingsproces og analyseteknologi til at teste de mekaniske egenskaber af overkommelige bærbare enheder.

Til denne proces, forskerholdet brugte en varmpresning og tapestøbningsprocedure til at forbinde stofstrukturerne af polyester og en polymerfilm. Varmpresning er normalt blevet brugt ved fremstilling af batterier og brændselsceller på grund af dens høje klæbeevne. Først og fremmest, processen tager kun to til tre minutter.

Den nyudviklede fremstillingsproces vil muliggøre direkte anvendelse af en enhed i almindeligt tøj ved hjælp af varmpresning, ligesom grafiske plastre kan fastgøres til beklædningsgenstande ved hjælp af en varmepresse.

I særdeleshed, når polymerfilmen varmepresses på et stof under dets krystallisationstemperatur, det forvandles til en amorf tilstand. I denne tilstand, det hæfter sig kompakt til den konkave overflade af stoffet og infiltrerer mellemrummene mellem de tværgående skud og langsgående kæder. Disse egenskaber resulterer i høj grænsefladeadhæsionsstyrke. Af denne grund, varmpresning har potentialet til at reducere fremstillingsomkostningerne gennem direkte anvendelse af stofbaserede bærbare enheder på almindelige beklædningsgenstande.

Ud over den konventionelle holdbarhedstest af bøjningscyklusser, det nyligt introducerede overflade- og grænsefladeskæringsanalysesystem beviste den høje mekaniske holdbarhed af den stofbaserede bærbare enhed ved at måle den høje grænsefladeadhæsionsstyrke mellem stoffet og polymerfilmen. Professor Hong sagde, at undersøgelsen lægger et nyt grundlag for fremstillingsprocessen og analysen af ​​bærbare enheder, der bruger stoffer og polymerer.

Han tilføjede, at hans team først brugte overflade- og grænsefladeskæringsanalysesystemet (SAICAS) inden for bærbar elektronik til at teste de mekaniske egenskaber af polymerbaserede bærbare enheder. Deres overflade- og grænsefladeskæringsanalysesystem er mere præcist end konventionelle metoder (afskalningstest, tape test, og mikrostræktest), fordi den kvalitativt og kvantitativt måler vedhæftningsstyrken.

Professor Hong forklarede, "Denne undersøgelse kan muliggøre kommercialiseringen af ​​meget holdbare bærbare enheder baseret på analysen af ​​deres grænsefladeadhæsionsstyrke. Vores undersøgelse lægger et nyt grundlag for fremstillingsprocessen og analysen af ​​andre enheder, der anvender stoffer og polymerer. Vi ser frem til stofbaseret wearable elektronik kommer på markedet meget snart."

Resultaterne af denne undersøgelse blev registreret som et indenlandsk patent i Korea sidste år, og udgivet i Nano energi denne måned. Denne undersøgelse er blevet udført i samarbejde med professor Yong Min Lee i Institut for Energividenskab og Teknik ved DGIST, Professor Kwangsoo No i Institut for Materialevidenskab og Teknik ved KAIST, og professor Seunghwa Ryu i Institut for Mekanik på KAIST.