För att framväxande bärbar teknik ska gå framåt, den behöver förbättrade strömkällor. Nu har forskare från Michigan State University tillhandahållit en potentiell lösning via skrynkliga kolnanorörsskogar, eller CNT-skogar.

Changyong Cao, chef för MSU:s mjuka maskiner och elektroniklaboratorium, ledde ett team av forskare i att skapa mycket töjbara superkondensatorer för att driva bärbar elektronik. Den nyutvecklade superkondensatorn har visat solid prestanda och stabilitet, även när den är sträckt till 800 % av sin ursprungliga storlek för tusentals stretching/avslappnande cykler.

Teamets resultat, publiceras i tidskriften Avancerade energimaterial , kan stimulera utvecklingen av nya elektroniska system med töjbar energi, implanterbara biomedicinska apparater, samt smarta förpackningssystem.

"Nyckeln till framgång är det innovativa tillvägagångssättet att skrynkla ihop vertikalt inriktade CNT-matriser, eller CNT-skogar, sa Cao, MSU School of Packaging biträdande professor. "Istället för att ha en platt tunn film strikt begränsad under tillverkningen, vår design gör det möjligt för den tredimensionellt sammankopplade CNT-skogen att upprätthålla god elektrisk ledningsförmåga, gör det mycket mer effektivt, pålitlig och robust."

De flesta känner till bärbar teknik i dess grundläggande form som iWatches som kommunicerar med smartphones. I det här exemplet, det är två tekniker som behöver batterier. Föreställ dig nu fläckar av smart hud för brännskadade som kan övervaka läkningen samtidigt som de driver sig själva – det är framtiden som Caos uppfinning kan skapa.

Inom det medicinska området, töjbar/bärbar elektronik utvecklas som är kapabel till extrema vridningar och kan anpassa sig till komplicerade, ojämna ytor. I framtiden, dessa innovationer skulle kunna integreras i biologiska vävnader och organ för att upptäcka sjukdomar, övervaka förbättringar och till och med kommunicera med läkare.

Det jobbiga problemet, dock, har varit en kompletterande bärbar strömkälla – en som håller och är hållbar. Varför utveckla coola nya patchar om de måste köras av skrymmande batteripaket som blir varma och kräver omladdning? (Det är extremt, men ni fattar.)

Caos upptäckt är den första som använder skrynkliga stående CNT för töjbara energilagringsapplikationer, som växer som träd med sina baldakiner trasslade på rån. Denna skog, dock, är bara 10-30 mikrometer hög. Efter att ha överförts och skrynkligt, CNT-skogen bildar imponerande töjbara mönster, som en filt. Den 3-D sammankopplade CNT-skogen har en större yta och kan enkelt modifieras med nanopartiklar eller anpassas till andra konstruktioner.

"Det är mer robust, det är verkligen ett designgenombrott, sa Cao, som också är biträdande professor i maskinteknik och el- och datateknik. "Även när den sträcks upp till 300 % längs varje riktning, det fungerar fortfarande effektivt. Andra konstruktioner tappar effektivitet, kan vanligtvis sträckas i bara en riktning eller inte fungera helt när de sträcks på mycket lägre nivåer."

När det gäller dess förmåga att samla in och lagra energi, Caos skrynkliga nanoskogar överträffade de flesta andra CNT-baserade superkondensatorer som man vet finns. Även om den högpresterande tekniken kan uthärda tusentals stretching/avslappnande cykler, det finns fortfarande utrymme för förbättringar.

Metalloxidnanopartiklar kan lätt impregneras i de skrynkliga CNT så att uppfinningens effektivitet förbättras mycket mer. Det nyuppfunna tillvägagångssättet bör sätta fart på utvecklingen av självdrivna töjbara elektroniska system, Cao lade till.