Stevige, op stoffen gebaseerde piëzo-elektrische energie-oogstmachine brengt ons een stap dichter bij draagbare elektronica

KAIST-onderzoekers presenteerden een zeer flexibele maar stevige draagbare piëzo-elektrische oogstmachine met behulp van het eenvoudige en gemakkelijke fabricageproces van warmpersen en tapegieten. Deze energie-oogstmachine, die een recordhoge hechtsterkte aan het grensvlak heeft, zal ons een stap dichter bij de productie van embedded draagbare elektronica brengen. Een onderzoeksteam onder leiding van professor Seungbum Hong zei dat de nieuwigheid van dit resultaat ligt in de eenvoud, toepasbaarheid, duurzaamheid en de nieuwe karakterisering van draagbare elektronische apparaten.

Draagbare apparaten worden steeds vaker gebruikt in een breed scala aan toepassingen, van kleine elektronica tot ingebedde apparaten zoals sensoren, actuatoren, displays en energieoogstmachines.

Ondanks hun vele voordelen bleven hoge kosten en complexe fabricageprocessen een uitdaging om tot commercialisering te komen. Bovendien werd hun duurzaamheid vaak in twijfel getrokken. Om deze problemen aan te pakken, heeft het team van professor Hong een nieuw fabricageproces en een nieuwe analysetechnologie ontwikkeld om de mechanische eigenschappen van betaalbare draagbare apparaten te testen.

Voor dit proces gebruikte het onderzoeksteam een ​​hete pers- en tape-gietprocedure om de weefselstructuren van polyester en een polymeerfilm te verbinden. Heetpersen wordt meestal gebruikt bij het maken van batterijen en brandstofcellen vanwege de hoge kleefkracht. Bovendien duurt het proces slechts twee tot drie minuten.

Het nieuw ontwikkelde fabricageproces zal de directe toepassing van een apparaat in algemene kledingstukken mogelijk maken door middel van warmpersen, net zoals grafische patches op kledingstukken kunnen worden bevestigd met een hittepers.

In het bijzonder, wanneer de polymeerfilm heet op een weefsel wordt gedrukt onder de kristallisatietemperatuur, verandert deze in een amorfe toestand. In deze toestand hecht het compact aan het concave oppervlak van het weefsel en dringt het de openingen tussen de dwarse inslagen en longitudinale kettingen binnen. Deze kenmerken resulteren in een hoge hechtsterkte aan het grensvlak. Om deze reden heeft warmpersen het potentieel om de fabricagekosten te verlagen door de directe toepassing van op textiel gebaseerde draagbare apparaten op gewone kledingstukken.

Naast de conventionele duurzaamheidstest van buigcycli, bewees het nieuw geïntroduceerde oppervlakte- en grensvlak-snijanalysesysteem de hoge mechanische duurzaamheid van het op textiel gebaseerde draagbare apparaat door de hoge hechtsterkte tussen het oppervlak en de polymeerfilm te meten. Professor Hong zei dat de studie een nieuwe basis legt voor het fabricageproces en de analyse van draagbare apparaten met stoffen en polymeren.

Hij voegde eraan toe dat zijn team eerst het oppervlakte- en grensvlaksnijanalysesysteem (SAICAS) gebruikte op het gebied van draagbare elektronica om de mechanische eigenschappen van op polymeer gebaseerde draagbare apparaten te testen. Hun analysesysteem voor oppervlakte- en grensvlaksnijden is nauwkeuriger dan conventionele methoden (afpeltest, tapetest en microstretchtest) omdat het de adhesiesterkte kwalitatief en kwantitatief meet.

Professor Hong legde uit: “Deze studie zou de commercialisering van zeer duurzame draagbare apparaten mogelijk kunnen maken op basis van de analyse van hun hechtsterkte aan het grensvlak. Onze studie legt een nieuwe basis voor het productieproces en de analyse van andere apparaten die weefsels en polymeren gebruiken. op stoffen gebaseerde draagbare elektronica komt zeer binnenkort op de markt. “

De resultaten van deze studie zijn vorig jaar in Korea geregistreerd als nationaal octrooi en gepubliceerd in Nano-energie deze maand. Dit onderzoek is uitgevoerd in samenwerking met professor Yong Min Lee van de afdeling Energy Science and Engineering bij DGIST, Professor Kwangsoo No van de Department of Materials Science and Engineering bij KAIST en professor Seunghwa Ryu bij de Department of Mechanical Engineering bij KAIST.