Hoogwaardige piëzo-elektrische vezelsensor biedt realtime aardverschuivingsdetectie

Een onderzoeksteam onder leiding van Dr. Lim Sang-Kyu in DGIST’s Department of Energy and Environmental Technology heeft een slimme vezelsensor ontwikkeld die natuurrampen zoals aardverschuivingen in realtime kan detecteren. De nieuwe vezel is gebaseerd op piëzo -elektrische technologie, die druk omzet in elektriciteit. De driedimensionale (3D) structuur verbetert de prestaties drastisch, waardoor de implementatie van een zelfaangedreven sensorsysteem wordt vergemakkelijkt dat kan werken zonder een externe stroombron.

De bevindingen zijn gepubliceerd in het dagboek Geavanceerde functionele materialen.

Piëzo -elektrische vezels genereren elektriciteit wanneer ze worden ingedrukt of gebogen. Deze materialen worden gebruikt in draagbare apparaten, slimme vezelsensoren en energie-oogstende apparaten. Conventionele vezelstructuren hebben echter meerdere luchtlagen die een onbekend effect hebben op de prestaties. Daarom beperkt de structuur het vermogen.

Het onderzoeksteam ontwikkelde een nieuwe nanomateriaal, tin -titanaat nanodo’s (SNTIO₃NR), die ze vervaardigden in piëzo -elektrische vezels met behulp van polyvinylideenfluoride (PVDF), een polymeer.

De vezel heeft een acht-tolled dwarsdoorsnede die lijkt op bloemblaadjes. Het is geweven, met behulp van een speciale weventechniek, in een 3D dubbele raschelstructuur met twee overlappende lagen. Binnen de structuur wordt een luchtlaag gevormd tussen de vezels die helpt schokken te absorberen, druk uit te dragen en signalen te versterken.

Volgens de onderzoeksresultaten kan de vezelsensor een spanning van maximaal 92,8 V en een stroom van 4,13 ma genereren wanneer een druk van 1 nm^-2 wordt aangebracht op een oppervlakte van 5 cm x 5 cm – genoeg op licht 22 LED’s zonder een externe stroombron. Die kracht is ook voldoende om dagelijkse sensorsystemen of kleine elektronische apparaten te draaien. Dit toont aan dat een eenvoudige verandering in vezelstructuur de prestaties aanzienlijk kan verbeteren.

Het vermogen is met name meer dan het dubbele van dat van conventionele vlakke structuren, wat het opwindende potentieel van krachtige slimme vezels aantoont.

Het onderzoeksteam gebruikte ook de vezel om een ​​op Bluetooth gebaseerd realtime aardverschuivingsdetectiesysteem te implementeren dat kan werken zonder een externe stroombron. Het systeem kan externe krachten detecteren en gegevens draadloos verzenden. Het kan daarom op verschillende gebieden worden gebruikt in verschillende toepassingen, van het detecteren van tekenen van rampen, zoals aardverschuivingen veroorzaakt door zware regenval, tot het volgen van gezondheid en trainingsrecords.

Dr. Lim Sang-Kyu merkte op: “We hebben structurele en niet-structurele factoren geïdentificeerd die de prestaties van piëzo-elektrische vezels kunnen verbeteren. Ons onderzoek kan bijdragen aan de ontwikkeling van slimme detectietechnologieën, die kunnen worden gebruikt om preventief te reageren op verschillende rampen zoals aardverschuivingen veroorzaakt door zware regenval.”