Носимый текстиль улавливает энергию от движений тела до энергетических устройств.

5 июня 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

корректура

издательство Университета Цинхуа

Наноученые разработали носимый текстиль, который может преобразовывать движения тела в полезную электроэнергию и даже хранить эту энергию. Ткань потенциально имеет широкий спектр применений: от медицинского мониторинга до помощи спортсменам и их тренерам в отслеживании их результатов, а также для создания умных дисплеев на одежде.

Исследовательская группа, ответственная за текстиль, описывает, как он работает, в статье, опубликованной в журнале Nano Research Energy.

От умных часов до беспроводных наушников — люди уже имеют доступ к широкому спектру носимых электронных устройств. В смартфоны теперь интегрированы различные мониторы здоровья, спорта и активности.

Но точность таких датчиков остается ограниченной из-за небольшого количества мест на теле или рядом с ним, где они могут быть размещены, и ограничена небольшим окном применения по сравнению с амбициями многих специалистов в области здравоохранения и спорта в отношении такой технологии.

В будущем, если будут разработаны современные ткани, возможно, носимые электронные устройства, встроенные в рубашки, брюки, нижнее белье и головные уборы, смогут отслеживать показатели слабости для оценки риска возрастных заболеваний, контролировать уровень кортизола для отслеживания уровня стресса, или даже обнаруживать патогены в рамках глобальной сети мониторинга пандемий.

Чтобы вывести носимую электронику на новый уровень, интегрировать мониторы здоровья, спортивные датчики, навигационные системы и трекеры активности в одежду таким образом, чтобы она была легкой, ненавязчивой и менее громоздкой, все еще требуются серьезные прорывы в области современного текстиля.

Одна из проблем существующей носимой электроники связана с ограничениями гибкости и, следовательно, износостойкости компонентов, подающих энергию на устройства. Кроме того, блоки энергоснабжения должны легко интегрироваться с устройствами и, в эпоху повышения экологической осведомленности, быть устойчивыми. Помимо всего этого, существующие технологии хранения энергии имеют очень ограниченную мощность. Батареи и суперконденсаторы могут хранить энергию, но они не могут производить ее самопроизвольно без внешнего источника питания.

«Батареи также не очень удобно носить», — сказал Фейфан Шэн, ведущий автор исследования по бумаге и специалист по наносистемам Пекинского института наноэнергетики и наносистем Китайской академии наук. «Поэтому разработка портативных и самозаряжающихся источников питания имеет решающее значение».

Команда наноученых профессора Донга создала то, что они называют «волокном-ТЭНГ», гибкую, вязаную, носибельную структуру, которая использует преимущества трибоэлектрического эффекта, при котором определенные материалы становятся электрически заряженными после вступления в фрикционный контакт с другим, другим материалом. Обычным статическим электричеством, например, является контактно-индуцированная электрификация триболэлектрического эффекта.

Волокно-ТЭНГ состоит из трех слоев: слоя полимолочной кислоты (тип полиэстера, обычно используемого в 3D-печати), слоя восстановленного оксида графена (весьма доступный тип графена) и слоя полипиррола (полимер, уже широко используемый в электроника и медицина).

Когда волокно-ТЭНГ подвергается механической деформации, такой как изгиб или растяжение человеком, носящим кусок одежды, связанный из текстиля, трибоэлектрические заряды, генерируемые при контакте между слоями полимолочной кислоты и восстановленного оксида графена, могут собираться слой полипиррола. Этот процесс генерирует электрическую мощность, которую можно использовать в качестве блока выработки электроэнергии.