Figur 1. Schematisk illustration av en SMF -fiber och dess piezoelektriska spänningsutgång och svar på belastning. Kredit:Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)
Fiberbaserad elektronik förväntas spela en viktig roll i nästa generations bärbar elektronik. Vävt i textilier, de kan ge högre hållbarhet, bekvämlighet, och integrerad multifunktionalitet. Ett KAIST-team har utvecklat en stretchbar multifunktionell fiber (SMF) som kan skörda energi och upptäcka påfrestningar, som kan tillämpas på framtida bärbar elektronik.
Med bärbar elektronik, hälsa och fysiska förhållanden kan bedömas genom att analysera biologiska signaler från människokroppen, såsom puls och muskelrörelser. Fibrer är mycket lämpliga för framtida bärbar elektronik eftersom de enkelt kan integreras i textilier, som är utformade för att vara anpassningsbara mot krökt ytor och bekväma att bära. Dessutom, deras vävstrukturer erbjuder stöd som gör dem resistenta mot trötthet. Många forskargrupper har utvecklat fiberbaserade töjningssensorer för att känna av yttre biologiska signaler. Dock, deras känslighet var relativt låg.
Användbarheten för bärbara enheter är för närvarande begränsad av deras strömkälla, som storleken, vikt, och batteriets livslängd minskar deras mångsidighet. Att skörda mekanisk energi från människokroppen är en lovande lösning för att övervinna sådana begränsningar genom att använda olika typer av rörelser som böjning, stretching, och trycker på. Dock, tidigare rapporterat, fiberbaserade energiopptagare var inte töjbara och kunde inte helt skörda den tillgängliga mekaniska energin.
Professor Seungbum Hong och professor Steve Park från Institutionen för materialvetenskap och teknik och deras team tillverkade en töjbar fiber med hjälp av ett ferroelektriskt lager bestående av P (VDF-TrFE)/PDMS inklämt mellan töjbara elektroder sammansatta av en komposit av flerväggig kol nanorör (MWCNT) och poly 3, 4-etylendioxietiofenpolystyrensulfonat (PEDOT:PSS).
Figur 2. Fotografier av en stretchbar multifunktionell fiber som sträcks med 100%, böjd, och vriden. Kredit:Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)
Sprickor bildade i MWCNT/PEDOT:PSS -skikt hjälper fibern att visa hög känslighet jämfört med de tidigare rapporterade fiberbelastningssensorerna. Vidare, den nya fibern kan skörda mekanisk energi under olika mekaniska stimuli som töjning, tappning, och injicering av vatten i fibern med användning av den piezoelektriska effekten av P (VDF-TrFE)/PDMS-skiktet.
Professor Hong sa, "Den här nya fibern har olika funktioner och gör enheten enkel och kompakt. Det är en kärnteknik för att utveckla bärbara enheter med energihämtning och spänningsavkänning."
