Koolstof nanobuisdraden voor wearables kunnen worden gemaakt van het bestaande vezelproductieproces

Het team van Dr. Han Joong Tark in het Nano Hybrid Technology Research Center van Keri heeft met succes “functionele draden” gefabriceerd, die de basis vormen voor draagbare elektronische apparaten, door rechtstreeks de bestaande synthetische vezelverwerkingsmethoden toe te passen.

Het papier is gepubliceerd in het dagboek ACS nano.

Draagbare elektronische apparaten, die kunnen worden bevestigd aan of gedragen op het lichaam, zoals op de pols, het oor of de ogen, zijn al lang een deel van ons dagelijkse leven geworden in verschillende vormen, zoals smartwatches, glazen en oortelefoons. De sleutel tot deze apparaten is dat ze licht moeten zijn met behoud van langdurige prestaties.

Hoewel er verschillende inspanningen zijn geleverd om dit te bereiken, is een van de belangrijkste elementen de geleidende functionele draad, een cruciaal materiaal.

De prestatie van Keri is een energieke, lichtgewicht draad gemaakt met behulp van eenmuurde koolstofnanobuisjes (CNT). CNT is een nieuw materiaal dat 100 keer sterker is dan staal en een elektrische geleidbaarheid heeft vergelijkbaar met koper. De koolstofatomen in CNT zijn verbonden in zeshoekige ringen, die een lange cilindrische vorm vormen, die het ook uitstekende flexibiliteit geeft.

In het bijzonder heeft CNT het voordeel van het aanzienlijk toenemende energiedichtheid, zelfs met een kleine hoeveelheid toevoeging, wat een aanzienlijke vermindering van de hoeveelheid zwaar koper gebruikt dat in elektronische apparaten wordt gebruikt.

CNT heeft echter een sterke neiging om te agglomereren, verward structuren te vormen en het is moeilijk om CNT’s te verspreiden met behulp van organische oplosmiddelen en andere methoden. Daarom vereist het toepassen van CNT op het gebied van elektronica en elektrische apparaten zeer geavanceerde en geavanceerde technologie.

Om dit aan te pakken, introduceerde het team van Dr. Han Joong Tark voor het eerst een kleine hoeveelheid sterk zuur en additieven aan het CNT -poeder om zuurstoffunctionele groepen toe te voegen aan het oppervlak die compatibel zijn met oplosmiddelen.

Ze kneedden vervolgens het mengsel en bewaarden het gedurende een bepaalde periode op een lage temperatuur (2 ° C). Deze methode nabootst het proces dat wordt gebruikt bij het maken van brood of noedels, waarbij bloem wordt gemengd met water en additieven om rijping te ondergaan. Door dit te doen, worden CNT’s sterk gefunctionaliseerd met minder defecte structuren op het oppervlak, waardoor hun prestaties worden gemaximaliseerd.

Bovendien werd grafeenoxide met een grootte gecontroleerd tot ongeveer 100 nanometer (NM) toegevoegd en vervolgens, volgens hetzelfde proces als de conventionele synthetische vezelproductiemethode, werd de CNT-pasta (dope) door meerdere kleine gaten gesponnen om een ​​multi-filament in een coagulatiebad te vormen.

In dit proces verbeterde het op grootte gecontroleerde grafeenoxide de dispersie van de CNT-dope en verminderde het mondstuk dat verstopt tijdens het spinnen aanzienlijk. Ten slotte worden de CNT’s met zuurstoffunctionele groepen, na het draaien van het spinproces, in een enkele streng te binden door waterstofbinding, waardoor functionele draden als een spinnenweb worden gevormd.

Keri produceerde CNT -draden in de vorm van textiel -supercondensatoren via het team van Dr. Kim Taehoon bij het Korea Institute of Materials Science (KIMS) en evalueerde hun prestaties, wat uitstekende energieopslagmogelijkheden bevestigde. Bovendien werd via professor Lee Wi Hyeong’s onderzoeksteam aan de Konkuk University bevestigd dat CNT -draden met zuurstoffunctionele groepen ook uitstekende gassensorprestaties vertoonden voor het detecteren van de aanwezigheid van schadelijke gassen.

Deze functionaliteit kan sterk worden toegepast in slimme kleding, zoals voor brandweeronderdrukkingsinspanningen of in defensievelden.

Dr. Han Joong Tark van Keri zei: “Dit is ’s werelds eerste prestatie van het verspreiden van gefunctionaliseerde CNT’s in organische oplosmiddelen voor het spinnen van oplossingen. Het zal de ontwikkeling van lichtgewicht en langdurige draagbare elektronische apparaten stimuleren.

“Door continu onderzoek zou deze technologie koperen draden kunnen vervangen in toekomstige mobiliteitsvelden, zoals elektrische voertuigen en drones, waardoor zowel lichtgewicht ontwerp als energie -efficiëntie aanzienlijk wordt verbeterd.”