可穿戴、储能设备和实用电子纺织品的3D打印

发布者:匿名 2019-08-07 浏览量:1524


在最近出版的《实用电子纺织品之路如丝绸般光滑》中,概述了一种新的3D打印方法,可以成为在电子纺织品中创造能量收集织物的催化剂,从而在电子和可穿戴设备中实现更好的性能。

随着消费类电子产品以及那些可以穿戴的产品变得更加先进和更具可用性,研究人员继续努力推动数字技术和传感器等组件的性能其中大部分也受到小型化过程的推动。然而,电力、能源和电池总是一个挑战,因为我们任何人都知道只是试图保持手机每天运行。研究人员指出,今天许多可穿戴设备都需要体积庞大,因为它们必须包含电池。生物相容性现在也是一个问题,因为消费者希望佩戴许多不同的新颖和创新设备。

在纺织品上获得的CNTs @ SF芯鞘纤维的结构和形态(A)在纺织品上的芯鞘纤维的顶视图的扫描电子显微镜(SEM)图像。(B)纺织品上的芯鞘纤维的顶视图的光学图像C)纺织品上的芯鞘纤维的横截面的SEM图像。(D)显示CNT核的纤维横截面的SEM图像。(来自'可打印智能模式的多功能能源管理电子纺织')

能量收集对许多人来说是一个新概念,作者将其描述为“对车载电池有吸引力的补充解决方案。”事实上,能量可以从环境光或佩戴者制造的动能中获取 - 然后存储在像电容器这样的设备中。这就是压电材料和摩擦发电机进入这一领域的原因;然而,在结构设计和生产方面仍然存在挑战,以至于研究人员担心这项新技术的大部分仍然只是“实验室规模的好奇心”。而研究团队正在寻找解决方案,他们有创造了一种3D打印摩擦发电机,由丝素蛋白(SF)护套和碳纳米管(CNT)的导电芯组成。

由此产生的CNT @ SF光纤可以排列成大面积网格(> 80 cm2),可以达到高达18 mW / m2的实验功率密度。因此,SF @ CNT纤维可以潜在地整合为电子纺织品中的能量收集织物”研究人员表示“用于摩擦发电机的3D打印CNT @ SF光纤可通过几项重要创新解决长期存在的材料和制造难题。”

在制造丝素蛋白和碳纳米管墨水时,研究团队将SF和CNT打印成纤维,这可能被用于制造复杂的网络。该方法也可用于将摩擦电纤维与现有织物结合起来

丝素蛋白油墨可以与高度浓缩的CNT油墨结合,使用同轴喷丝头来制造具有核 - 壳几何形状的CNT @ SF纤维。 研究人员表示,SF和CNT油墨都是剪切稀化的,能够有效地挤压成独立的纤维。

基于芯鞘纤维的能量管理智能纺织品织物图案打印(来自'多功能能源管理电子纺织品的可打印智能图案')

在使用生物相容性商品材料时,研究人员预见到纺织工业将有更多选择,特别是因为CNT @ SF同轴纤维在可穿戴设备上无毒。由于其能够与聚(对苯二甲酸乙二醇酯)(PET)形成摩擦电对,因此也可以使用SF,并且“非常适合”。

研究人员总结说,CNT @ SF / PET-ITO摩擦电偶的性能非常显著。“这些器件可以产生高达18 mW / m2的面功率密度,开路电压为10-80 V. CNT @ SF / PET的高电压(> 10 V)低电流特性(1-10μA)假设合理的速度为13 cm / s,-ITO摩擦发电机可在5分钟内为容量为〜5μF的电容充电。

与其他先前制造的丝基摩擦发电机相比,这些设备具有相当的功率密度,其报告的功率密度为0.194 mW / cm2和4.3 mW / m2。但是,结合丝绸与铝背聚酰亚胺,其摩擦电系列中的电子亲和力不同于PET。

3D打印通常与可穿戴设备,储能设备和集成电子设备相关联。

打印油墨及其流变性能(A)蚕茧和所得SF油墨的照片。(B)显示SF油墨中的SF微纤维的光学图像。(C)显示高度可注射SF油墨的照片。(D)CNT粉末和CNT油墨的照片。(E)显示CNT良好分散的TEM图像。(F)在其外壁上由聚合物包裹的多壁碳纳米管的TEM图像插图是放大的图像。(G)作为CNT和SF油墨的剪切速率的函数的表观粘度。(H)作为CNT和SF油墨的剪切应力的函数的储存(G')和损失(G“)模量。 (I)挤出后的独立式CNTs @ SF芯鞘纤维的照片,显示出两种油墨的良好可纺性。(来自'可打印智能模式的多功能能源管理电子纺织')

热门文章