KAIST-forskare presenterade en mycket flexibel men robust bärbar piezoelektrisk skördare som använder den enkla och lätta tillverkningsprocessen för varmpressning och tejpgjutning. Denna energiskördare, som har rekordhög gränsytvidhäftningsstyrka, kommer att ta oss ett steg närmare att kunna tillverka inbyggd bärbar elektronik. En forskargrupp ledd av professor Seungbum Hong sa att det nya med detta resultat ligger i dess enkelhet, tillämplighet, varaktighet, och dess nya karaktärisering av bärbara elektroniska enheter.

Bärbara enheter används alltmer i ett brett spektrum av applikationer från små elektronik till inbyggda enheter som sensorer, ställdon, skärmar, och energiskördare.

Trots deras många fördelar, höga kostnader och komplexa tillverkningsprocesser förblev utmaningar för att nå kommersialisering. Dessutom, deras hållbarhet ifrågasattes ofta. För att ta itu med dessa problem, Professor Hongs team utvecklade en ny tillverkningsprocess och analysteknik för att testa de mekaniska egenskaperna hos prisvärda bärbara enheter.

För denna process, forskargruppen använde en varmpressning och tejpgjutning för att koppla samman tygstrukturerna av polyester och en polymerfilm. Varmpressning har vanligtvis använts vid tillverkning av batterier och bränsleceller på grund av dess höga vidhäftningsförmåga. Framför allt, processen tar bara två till tre minuter.

Den nyutvecklade tillverkningsprocessen kommer att möjliggöra direkt applicering av en enhet i allmänna plagg med varmpressning, precis som grafiska lappar kan fästas på plagg med en värmepress.

Särskilt, när polymerfilmen varmpressas på ett tyg under dess kristallisationstemperatur, det förvandlas till ett amorft tillstånd. I detta tillstånd, det fäster kompakt till den konkava ytan av tyget och infiltrerar mellanrummen mellan de tvärgående väfterna och längsgående varparna. Dessa egenskaper resulterar i hög gränsytevidhäftningsstyrka. Av denna anledning, varmpressning har potential att minska tillverkningskostnaderna genom direkt applicering av tygbaserade bärbara enheter på vanliga plagg.

Förutom det konventionella hållbarhetstestet av böjcykler, det nyligen introducerade analyssystemet för yt- och gränssnittsskärning bevisade den höga mekaniska hållbarheten hos den tygbaserade bärbara enheten genom att mäta den höga gränsytans vidhäftningsstyrka mellan tyget och polymerfilmen. Professor Hong sa att studien lägger en ny grund för tillverkningsprocessen och analysen av bärbara enheter som använder tyger och polymerer.

Han tillade att hans team först använde yt- och gränssnittsskärningsanalyssystemet (SAICAS) inom området för bärbar elektronik för att testa de mekaniska egenskaperna hos polymerbaserade bärbara enheter. Deras yt- och gränssnittsanalyssystem är mer exakt än konventionella metoder (avskalningstest, tejp test, och microstretch-test) eftersom det kvalitativt och kvantitativt mäter vidhäftningsstyrkan.

Professor Hong förklarade, "Denna studie kan möjliggöra kommersialisering av mycket hållbara bärbara enheter baserat på analys av deras gränssnittsvidhäftningsstyrka. Vår studie lägger en ny grund för tillverkningsprocessen och analys av andra enheter som använder tyger och polymerer. Vi ser fram emot tygbaserade bärbara produkter. elektronik kommer ut på marknaden mycket snart."

Resultaten av denna studie registrerades som ett inhemskt patent i Korea förra året, och publiceras i Nanoenergi den här månaden. Denna studie har genomförts i samarbete med professor Yong Min Lee vid Institutionen för energivetenskap och teknik vid DGIST, Professor Kwangsoo No vid institutionen för materialvetenskap och teknik vid KAIST, och professor Seunghwa Ryu vid institutionen för maskinteknik vid KAIST.