Nanogeneraattori kankaalle 3D-tulostuksella

05.04.2019

Cell-Press-3D-prittaus-tekstiilille-300-t.jpgKuvassa tribosähköinen generaattori vaatteeseen tulostettuna. Pikkukuvissa nanogeneraattorin ulostulon virrantiheys, piirikaavio ja tasasuunnatun virrantiheys pinta-alaa kohden.

Puettavan elektroniikan mahdollisuudet ylittävät älykkäät kellot mutta nykyiset akkujen ja piirilevyjen vaihtoehdot eivät mahdollista mukavimpia E-sukkia.

Eräs ratkaisu, jonka Kiinalaiset tutkijat ovat kehittäneet, on yksinkertaisesti tulostaa joustavia kuituja mukautuville tekstiileille tai vaatteille. Kuiduista he painavat kankaille kuvioita, jotka voivat kerätä ja tallentaa sähköä.

3D-tulostimella, jossa on koaksiaalinen neula, he printtasivat kuvioita ja malleja kankaaseen, mikä antoi heille mahdollisuuden muuttaa liikettä energiaksi.

"Käytimme kolmiulotteista tulostinta, joka oli varustettu sopivalla koaksiaalisuuttimella, tulostamaan suoraan kuituja tekstiileille ja osoittamaan, että sitä voidaan käyttää energianhallintatarkoituksiin", sanoo Tsinghuan yliopiston kemian laitoksen professori Yingying Zhang.

"Ehdotimme koaksiaalisen suuttimen lähestymistapaa, koska yksiakseliset suuttimet mahdollistavat vain yhden musteen tulostamisen kerrallaan, mikä rajoittaa merkittävästi painetun arkkitehtuurin koostumuksen monimuotoisuutta ja funktion suunnittelua."

Zhang ja hänen kollegansa tekivät ensimmäiset 3D-painetut E-tekstiilit kahdella musteella. Demonstraatiossa käytettiin hiilinanoputkia johtavana ytimenä ja silkkikuitua eristevaippana ja niillä tuotettiin kankaaseen kuvio, jota käytettiin tribosähköisenä nanogeneraattorina.

Tällainen älykäs tekstiili voisi kerätä biomekaanista energiaa ihmisen liikkeestä ja saavuttaa jopa 18 mW/m2:n tehotason. Tutkijat esittelivät myös tekniikalla tuotetun energian varastointiin sopivan superkondensaattorin.

Tämä lähestymistapa poikkeaa muista ryhmistä, jotka ompelevat käsin sähköisiä komponentteja, kuten LED-kuituja, kankaiksi, mutta nämä monivaiheiset prosessit ovat työvoimavaltaisia ja aikaa vieviä.

3D-tulostimen vahvuus on, että se voi rakentaa monipuolisia ominaisuuksia kankaisiin yhdellä askeleella. Lähestymistapa on myös halpa ja helppo skaalata, koska suutin on yhteensopiva nykyisten 3D-tulostimien kanssa.

Haittapuolena on kuitenkin se, että tulostettavan kuvan resoluutio rajoittuu 3D-tulostimen mekaaniseen liikkeen tarkkuuteen ja suuttimien kokoon.

"Pitkän aikavälin tavoitteena on suunnitella joustavia, puettavia kuluttajatason hybridimateriaaleja ja elektroniikkaa, joilla on ennennäkemättömiä ominaisuuksia ja samalla kehitämme uusia tekniikoita integroituja toimintoja sisältävien älykkäiden kannettavien järjestelmien, kuten tunnistamisen, aktivoinnin ja tiedonsiirron pariin."

Nanogeneraattoreista aiemmin:

Nesteitä ja molekyylejä sähkön tuottajiksi

Kangas kerää aurinko- ja tuulivoimaa

25.06.2019Lasertekniikalla grafeenia hyötykäyttöön
24.06.2019Ionitekniikkaa kondensaattoreihin
20.06.2019Tehokkaampia tehopiiritekniikoita
19.06.2019Uutta tekniikkaa 2D-materiaalin venytyksellä
18.06.2019Bioparisto IoDT-sovelluksille
17.06.2019Uusia ovia nanofotoniikan maailmaan
14.06.2019Biologian avulla sähkö varastoon ja hiili kiertoon
13.06.2019Orgaaniset laserdiodit unelmasta todellisuuteen
12.06.2019Uusia ominaisuuksia elektroniikalle
11.06.2019Uusi laite pakkaa enemmän valokuituun

Siirry arkistoon »