Uusia materiaaleja puettavalle elektroniikalle

Duke University ja Michiganin osavaltion yliopiston tutkijat ovat suunnitelleet uudentyyppisen superkondensaattorin, joka pysyy täysin toimintakykyisenä jopa kahdeksankertaisesti venytettynä.

Siinä ei esiinny toistuvasta venymisestä johtuvaa kulumista ja se menettää vain muutaman prosenttiyksikön energiatehokkuudestaan 10 000 lataus- ja purkusyklin jälkeen.

Tutkijat katsovat, että uusi superkondensaattori on tulevaisuudessa osa joustavaa elektronista järjestelmää sovelluksiin, kuten puettavat elektroniikan tai lääketieteen laitteet.

Uusi rakenne perustuu hiilinanoputkien metsään, joiden päälle tulee kultakerros eräänlaisena elektrodina. Kun esivenytetty alusta vapautetaan hiilinanoputkimetsä ja kultakerros rypistyvät, mikä lisää huomattavasti pinta-alaa tilavuuteen nähden. Sitten tämä supertiheä metsä täytetään geelielektrolyytillä, joka voi vangita elektroneja nanoputkien pinnalle.

Linköpingin yliopiston orgaanisen elektroniikan laboratorion (LOE) tutkijat ovat kehittäneet orgaanisen komposiittimateriaalin, joka on pehmeä ja joustava mutta sillä on myös korkea sähkönjohtavuus ja hyvät lämpösähköiset ominaisuudet. Tämä tekee siitä ihanteellisen moniin puettaviin sovelluksiin.

Tutkijatohtori Nara Kim on yhdistänyt kolme materiaalia: johtava polymeeri PEDOT:PSS, vesiliukoinen polyuretaanikumi ja ioninen neste. PEDOT:PSS antaa sille termosähköisiä ominaisuuksia, kumi antaa joustavuuden ja ioninen neste varmistaa pehmeyden. Uusi materiaali sata kertaa pehmeämpi ja joustavampi kuin perinteinen PEDOT:PSS.

"Kyky hallita materiaalin rakennetta sekä nanomittakaavassa että mikromittakaavassa antaa meille mahdollisuuden yhdistää eri materiaalien erinomaiset ominaisuudet komposiitissa", hän sanoo.

”Uusi komposiitti formuloitiin sekoittamalla vesipohjaista liuosta ja se voidaan tulostaa useille pinnoille. Komposiitin valmistusprosessi on halpa ja ympäristöystävällinen”, toteaa Nara Kim.

Puettavalle elektroniikalle kaivataan myös joustavia näyttöjä. Uusi ACS Nano -lehdessä julkaistu tutkimus esittää tavan tehdä joustavia kertakäyttöisiä ja biohajoavia näyttöjä kalasuomuista johdetusta gelatiinista.

Tutkijaryhmä halusi löytää joustavalle muovikalvolle ympäristöystävällisemmän materiaalin. Ryhmän tuottamalle kalvolle rakennettu vaihtovirta-elektroluminesenssilaite loisti valoa vaikka sitä taivutettiin ja oikaistiin 1 000 kertaa.

Kalasuomuista johdetut kalvot ovat lupaava vaihtoehto ympäristöä huomioivalle joustavalle elektroniikalle, mukaan lukien kudotut ja taivuteltavat näytöt, tutkijat toteavat.

Toisessa ACS Nanon julkaisemassa Wood-Based Flexible Electronics -artikkelissa esitetään puolestaan menetelmä puusta johdetun, täysin biopohjaisen ja ympäristöystävällisen joustavan elektronisen piirin valmistamiseksi.

Tässä työssä Uusi-Seelantilaisen Scion tutkimusinstituutin ryhmä räätälöi puun nanorakenteen luodakseen puukalvon, jolla on suuri läpinäkyvyys, joustavuus ja vahvat mekaaniset ominaisuudet.

Yleensä puukalvon valmistukseen sisältyy soluseinien romahtaminen. Uusi prosessi tuottaa nyt vahvan ja joustavan kalvon. Lisäksi ligniinistä johdetuista hiilinanokuiduiduista on kehitetty kestävä ja biopohjainen johtava muste.

Yhdistämällä läpinäkyvä puukalvo ja johtava muste saadaan ympäristöystävällinen puupohjainen elektroniikka mahdollisiin sovelluksiin, kuten joustavat piirit ja anturit.

Aiheista aiemmin:

Joustavia akkuja sydäntahdistimille

Lämpösähköä puettaville