Мятые леса из углеродных нанотрубок предлагают потенциальное решение для развития самодельной электроники

] 3 мая 2019 года

Для развития новых носимых технологий требуются лучшие источники энергии. В настоящее время в Университете штата Мичиган (MSU) исследовательская группа предложила многообещающее решение в лесах из мятых углеродных нанотрубок (CNT).

Для развития новых носимых технологий требуются улучшенные источники питания. Теперь исследователи из МГУ предложили потенциальное решение с помощью смятых лесов с углеродными нанотрубками или лесов УНТ. (Изображение предоставлено МГУ)

Директор Лаборатории мягких машин и электроники МГУ Чанъён Цао возглавлял исследовательскую группу по производству очень эластичных суперконденсаторов, которые можно использовать для питания носимой электроники.

Суперконденсатор, который был разработан недавно, продемонстрировал превосходную стабильность и производительность даже при растяжении до 800% от своего первоначального размера для бесчисленного количества циклов расслабления и растяжения.

Результаты команды были опубликованы в журнале, Advanced Energy Materials . Исследование может потенциально привести к разработке имплантируемых биомедицинских устройств, новых электронных систем с растягивающейся энергией и даже интеллектуальных систем упаковки.

Ключом к успеху является инновационный подход к сминанию вертикально выровненных массивов УНТ или лесов УНТ. Вместо того, чтобы иметь плоскую тонкую пленку, строго ограниченную во время изготовления, наша конструкция позволяет трехмерному соединенному лесу УНТ поддерживать хорошую электрическую проводимость, делая его намного более эффективным, надежным и надежным .

Чанъён Цао, директор Лаборатории мягких машин и электроники Мичиганского государственного университета.

Большинство людей знают о носимых технологиях в их фундаментальной форме как iWatches, которые могут взаимодействовать со смартфонами. В этом случае есть несколько технологий, которые требуют батарей. Теперь представьте себе умные исправления кожи для жертв ожогов – исправления, которые могут отслеживать заживление и, в то же время, сами приводить в действие – это будущее, которое может быть создано последним изобретением Цао.

В области медицины создается носимая и растягиваемая электроника, которая может соответствовать неровным и сложным поверхностям и способна к экстремальным деформациям. В ближайшие дни подобные инновации могут быть включены в биологические органы и ткани для выявления заболеваний, отслеживания улучшений, а также взаимодействия с врачами.

Однако дополнительным носимым источником питания была досадная проблема. Тот, который долговечен и может длиться долго. Таким образом, вопрос на данном этапе заключается в том, почему следует разрабатывать новые классные патчи, если им просто нужно разрядить огромные аккумуляторные батареи, которые нагреваются и требуют перезарядки? (в то время как это чрезвычайно, можно понять).

Изобретение Цао является первым, в котором использовались смятые постоянные УНТ для использования в растягиваемых накопителях энергии. Эти УНТ развиваются как деревья с навесами на вафлях. Наоборот, этот лес имеет высоту всего 10-30 мкм. После переноса и разрушения леса УНТ образуются поразительные растягивающиеся узоры, похожие на одеяло. Кроме того, большую площадь поверхности трехмерного взаимосвязанного леса УНТ можно легко адаптировать к другим видам конструкций или изменить с помощью наночастиц.

Это более надежно; это действительно дизайнерский прорыв. Даже если оно растянуто на 300% по каждому направлению, оно все равно эффективно работает. Другие конструкции теряют эффективность, обычно могут быть растянуты только в одном направлении или неисправны полностью, когда они растягиваются на гораздо более низких уровнях .

Чанъён Цао, директор Лаборатории мягких машин и электроники Мичиганского государственного университета.

Цао также является доцентом в области машиностроения, электротехники и вычислительной техники.

Что касается его способности собирать и хранить энергию, смятые нано-леса, разработанные Цао, опережают многие другие суперконденсаторы на основе УНТ, которые, как известно, существуют. Хотя ведущая технология может выдерживать неисчислимое количество циклов расслабления и растяжения, есть много возможностей для совершенствования.

Внутри смятых УНТ наночастицы оксида металла могут быть легко пропитаны, так что эффективность изобретения еще больше возрастает. Цао добавил, что недавно открытый метод должен инициировать разработку растягиваемых электронных систем с автономным питанием.

Соавторами, которые участвовали в этом исследовании, являются Ихао Чжоу, Филимон Генри, Джеффри Гласс и Чарльз Паркер из Университета Дьюка; Стивен Убноске из Военно-морской исследовательской лаборатории США; Юнтен Цао из Массачусетского технологического института; и Цзяньфэн Цзан из Университета науки и технологии Хуажонг (Китай).

Исследование было частично профинансировано Национальным научным фондом и Министерством сельского хозяйства США.

Source link