Hiilinanoputkista joustavia generaattoreita ja antureita

Korealainen tutkimusryhmä on kehittänyt uudenlaisen termoelektrisen materiaalin ja generaattorin (TEG), joka hyödyntää sienimäisiä hiilinanoputkirakenteita (CNT) parantaen orgaanisten termoelektristen materiaalien rajoituksia säilyttäen samalla joustavuuden.

Tuloksena olevan laitteen odotetaan olevan hyödyllinen pienimuotoisten puettavien antureiden virranlähteenä lämpöenergian keräämisen avulla.

Korean kemiantekniikan tutkimuslaitoksen (KRICT) tohtorit Mijeong Han ja Young Hun Kangi johtivat tutkimusryhmää, joka yhdisti hiilinanoputkia Bi₀.₄₅Sb₁.₅₅Te₃:n (BST) kanssa huokoisessa vaahtorakenteessa maksimoidakseen termoelektrisen suorituskyvyn.

Kun perinteiset termoelektriset materiaalit ovat tyypillisesti metallipohjaisia ja jäykkiä, hiilinanoputkien käyttö mahdollistaa keveyden ja mekaanisen joustavuuden – vaikka aiemmat yritykset johtivat heikkoon termoelektriseen suorituskykyyn ja kestävyyteen.

Näiden haasteiden ratkaisemiseksi tiimi kehitti patentoidun valmistustekniikan, joka muuttaa hiilinanoputket ohuiden kalvojen sijaan massavaahdoiksi.

Kestävyys varmistettiin 10 000 syklin taivutuskokeilla, ja suorituskyvyn heikkeneminen oli minimaalista. Lisäksi koko valmistusprosessi kestää vain neljä tuntia, kun perinteisten hiilinanoputkipohjaisten TEGien valmistus kestää kolme päivää.

Joustavat ja venymäanturit ovat saaneet merkittävää huomiota ihmisen ja tietokoneen välisessä vuorovaikutuksessa, liikkeen sieppaamisessa ja terveydentilan seurannassa.

Tällä hetkellä useimmat anturit rajoittuvat liikkeen tallentamiseen yhteen suuntaan, joten niiltä puuttuu kyky analysoida monisuuntaisia muodonmuutoksia todellisessa maailmassa. Yksittäinen laite, joka pystyy havaitsemaan monisuuntaisia muodonmuutoksia, on aina ollut suuri odotus ja pelottava haaste. 

Pekingin yliopiston tutkijat kehittivät äskettäin uuden lupaavan venymäanturin, joka voi havaita muodonmuutoksia useisiin suuntiin.

Työssä toteutettiin ajatus yhden anturin käyttämisestä monisuuntaiseen mittaukseen ottamalla käyttöön "yksivaiheisen" valssausprosessin, jolla siirretään piikiekolla kasvatettuja pystysuoraan kohdistettuja hiilinanoputkia joustavalle Ecoflex-substraatille. Koko valmistusprosessi on yksinkertainen ja tehokas.

Näin aikaansaadut johtavat polut muodostuvat eri suuntiin, joita ohjataan valssausprosessin ja hiilinanoputkien kuvion avulla, mikä johtaa herkkään suuntariippuvuuteen. Anturin suorituskyky on erinomainen, mukaan lukien laaja toiminta-alue, korkea herkkyys, lyhyt vasteaika ja hyvä vakaus (yli 4000 sykliä 40 % venytyksen alaisena).

Antureita demonstroitiin havaitsemaan liikesignaaleja ja tarkkailemaan ihmisten terveyttä, aina hienovaraisista liikesignaaleista suuriin muodonmuutoksiin. Nämä anturiominaisuudet täyttävät useiden käytännön skenaarioiden vaatimukset ja niillä on valtava potentiaali sovelluksiin ihmisen ja tietokoneen välisissä vuorovaikutusrajapinnoissa, älykkäissä roboteissa ja in situ -terveyden seurannassa.

Aiheesta aiemmin:

Uusia "täysoptisia" nano- ja pikovoimien antureita

Ennätysmäisiä anturitekniikoita

Ennätysherkkä venymäanturi