Grafen: Akıllı kumaşlara yeni canlılık katın!
Kılavuz
Son zamanlarda, İngiltere'deki Exeter Üniversitesi liderliğindeki uluslararası bir bilimsel araştırma ekibi, günlük giyim üretimine entegre edilebilen tam elektronik elyafların üretilmesi için yeni bir teknoloji geliştirmede başı çekti.
arka fon
Mükemmel performansa sahip özel bir iki boyutlu malzeme olan grafen, "Yeni Malzemelerin Kralı" ününe sahiptir. Tek bir karbon atomu tabakasından oluşan bal peteği yapısı, grafene "mükemmel" özellikler verir. Grafenin kalınlığı insan saçının çapının milyonda biri kadardır, ancak gücü çelikten yüz kat daha iyidir ve iletkenliği bakırdan daha iyidir.Bu özellikler elektronik cihazlar için çok uygundur. Ayrıca grafen de çok esnektir. Çalışmalar, grafenin gerildikten sonra orijinal uzunluğunun% 120'sine kadar azaltılabileceğini göstermiştir.
(Resim kaynağı: Manchester Üniversitesi)
İyi elektronik özellikleri, optik şeffaflığı ve doğal esnekliği nedeniyle, grafenin aşağıdakiler gibi bir dizi esnek elektronik ürüne uygulanması beklenmektedir:
Kumaşlara basılabilen grafen esnek süperkapasitörler (Resim kaynağı: Manchester Üniversitesi)
Diyabeti tespit edip tedavi edebilen grafen bileklikler (Resim kaynağı: Hui Won Yun, Seul Ulusal Üniversitesi)
Grafen malzemeden yapılmış esnek NFC anteni (Resim kaynağı: Graphene Flagship)
Gelecekte, grafen elektronik cihazlar yeni akıllı giyilebilir cihazlar ve IoT uygulamaları getirecek.
(Resim kaynağı: Graphene Flagship)
Bu ürünlere örnek olarak bilekte bükülmüş akıllı telefonlar, gazete gibi sarılmış bilgisayarlar ve ortamdaki değişikliklere her an tepki veren akıllı giysiler verilebilir.
(Resim kaynağı: Manchester Üniversitesi)
(Resim kaynağı: Manchester Üniversitesi)
(Resim kaynağı: Manchester Üniversitesi)
Yenilikçilik
Benzer şekilde, son zamanlarda daha popüler olan sınır teknolojisi alanında: "akıllı kumaşlar", "sihirli bir malzeme" olan grafen, daha düşük maliyetli, daha dayanıklı ve toplu üretimi daha kolay olan daha akıllı bir ürün yaratarak çok önemli bir rol oynamaya mahkumdur. Kumaş ürünleri.
Son zamanlarda, İngiltere'deki Exeter Üniversitesi Mühendislik Bölümünden Profesör Monica Craciun liderliğindeki uluslararası bir bilimsel araştırma ekibi, günlük giyim üretimine entegre edilebilecek tamamen elektronik elyafların üretimi için yeni bir teknoloji geliştirmede başı çekti. ile git.
(Resim kaynağı: Profesör Craciun'un laboratuvarı)
Bu uluslararası işbirlikçi araştırma ekibi, Exeter Üniversitesi, Aveiro Üniversitesi ve Portekiz Lizbon Üniversitesi ve Belçika Tekstil Araştırma Merkezi'nden (CenTexBel) uzmanları içermektedir İlgili makaleler "Esnek Elektronik" bilimsel dergide yayınlanmaktadır.
2015 yılında, Exeter Üniversitesi'nden Profesör Craciun, Profesör Russo ve Dr. Ana Neves'in de aralarında bulunduğu uluslararası bir bilim insanı ekibi, şeffaf ve esnek grafen elektrotları tekstil endüstrisinde yaygın olarak kullanılan elyaflara yerleştirmek için yeni bir teknoloji geliştirmede başı çekti. içinde.
teknoloji
Günümüzde giyilebilir elektronik cihazlar temelde elektronik cihazların kumaşa yapıştırılmasıyla gerçekleştirilmektedir, bu da çok sert oldukları ve bozulmaya yatkın oldukları anlamına gelir.
Yeni araştırma, elektronik cihazları kumaşlara entegre etmenin geleneksel yönteminin yerini alıyor.Elektronik elyaflar üzerine hafif, dayanıklı bileşenleri kaplayarak, bu bileşenler görüntüleri doğrudan kumaş üzerinde gösterecek.
Bu araştırma, dokunmatik sensörler ve ışık yayan cihazlar oluşturmak için yeni grafen bazlı elektronik fiberleri yapıştırmak için (tekstil endüstrisindeki birçok ticari uygulamada yaygın olarak kullanılan) mevcut polipropilen fiberleri kullanıyor.
Kumaş liflerinde bulunan grafen bazlı cihazlar. Polipropilen kumaş elyafının resmi; uyumlu rulodan ruloya üretim teknolojisi sayesinde a Geleneksel litografi ve dağlama işlemleriyle karşılaştırıldığında b Fotolitografi süreci, dokunmaya duyarlı bir cihazın adım adım şematik diyagramıdır. Kavisli dokunmatik sensörün taramalı elektron mikroskobu görüntüleri aşağıda gösterilmiştir. d İçinde parlak yeşil grafen elektrotlar arasında boşluklar var. Işık yayan cihazın şematik ve görüntüsü aşağıda gösterilmiştir. c karşı e içinde. Dokunmatik sensörün görüntüsü şu şekilde gösterilir: f içinde.
(Resim kaynağı: referans [2])
Dokunma sensörü: a Tek katmanlı grafen (SLG), rulodan ruloya proses (R2R) ile üretilen çok katmanlı grafen (FLG) ve sıvı soyma bıçağı kesimi ve R2R uyumlu yöntemlerle elde edilen solüsyonla işlenmiş grafen (LEG) İnce film sensörünün fotoğrafı. Standart desenli LEG sensörleri de görüntülenir. b Temaslı ve dokunmasız empedans tepkisinin şematik diyagramı. c Dokunma durumunda, düzlemsel FLG cihazının empedansı zamanla değişir. d Tekrarlanan dokunuşlarda, düzlemsel FLG cihazının empedansı zamanla değişir. e Tekrarlanan bükülme durumunda, düzlemsel FLG cihazının empedansı zamanla değişir. f LEG modelini oluşturmak için R2R uyumlu bir yöntem kullanan bir dokunmatik sensör ile reaktif iyon aşındırma (RIE) teknolojisi arasındaki performans farkı. g Konuma duyarlı dizinin fotoğrafı ve şematiği. h Dokunma ve zaman değişiklikleri ile konuma duyarlı dizinin voltaj düşüşü. ben Dokunma durumunda, konuma duyarlı dizinin "zamana bağlı" yükselme ve düşme süreleri. c , d , e , f , h Farklı açma / kapama aralıkları, kullanıcının cihaza dokunan parmağının gücüne ve süresine bağlıdır.
(Resim kaynağı: referans [2])
Kumaş liflerinde bulunan ACEL cihazları: a ACEL ışık şiddeti ve ön gerilim voltajı arasındaki ilişki Alfrey-Taylor korelasyonunu izler.ACEL parlaklığı (L) ile voltaj (V) arasındaki ilişki: L = L0 exp (b / V) 1/2, burada L0 ve b İyi uyuşan ampirik sabit (R2 = 0.9982). Bükmek b Bozulma ile c Kasadaki ekipmanın resmi. Lüminesans d Bükülme yarıçapı, bağıl lif gerilimine göre değişir; e Tekrarlanan bükülme döngülerinin sayısı; f İki yöntemin, ACEL dizilerinin ve açık ve karanlık koşullar altında fotoğrafların tekrarlanan bozulma döngülerinin sayısı: g Büyük pikseller (ölçek çubukları: sol 5 mm; sağ 20 mm) ve h Küçük pikseller (ölçek çubuğu: üst 10 mm; alt 1 mm)
(Resim kaynağı: referans [2])
değer
Araştırma ekibi, bu keşfin giyilebilir elektronik cihazların üretiminde devrim yaratacağına inanıyor. Bu giyilebilir elektronik cihazlar yalnızca bir dizi günlük uygulama için değil, aynı zamanda sağlık izleme (kalp atış hızı, kan basıncı gibi) ve tıbbi teşhis için de uygundur.
Çalışmanın yazarlarından Profesör Craciun şunları söyledi: "Gerçek giyilebilir elektronik cihazların gerçekleştirilmesi için, bileşenleri basitçe onlara eklemek yerine malzemelere entegre edebilmek çok önemlidir."
Grafen şirketi Graphenea'da araştırma bilimcisi ve Exeter Üniversitesi'nde Profesör Craciun'un ekibinde eski bir doktora öğrencisi olan Dr. Elias Torres Alonso, şunları ekledi: "Bu yeni araştırma, akıllı kumaşların yakın gelecekte birçok alanda kilit bir rol oynaması için kapıyı açıyor. Grafen liflerini kumaşlara dokuyarak, elektronik cihazları kumaşa tam olarak entegre eden yeni bir teknoloji yarattık. Şu andan itibaren bizim için tek sınır kendi hayal gücümüz. "
Bu yeni teknoloji, kumaşların elektrotlar ve teller gibi ek malzemelere ihtiyaç duymadan gerçek giyilebilir ekranlar içerebileceği anlamına geliyor.
Exeter Üniversitesi Fizik Bölümü profesörü ve makalenin ortak yazarı Saverio Russo, "Elektronik cihazların kumaşlara entegrasyonu bilim adamlarının yıllardır denediği şeydir ve aynı zamanda modern teknolojide gerçek bir oyun değiştiren gelişmedir."
Exeter Üniversitesi Mühendislik Bölümü makalesinin ortak yazarı Dr. Ana Neves şunları ekledi: "Bu yeni teknolojinin anahtarı, kumaş liflerinin esnek, rahat ve hafif olması ve modern yaşamın ihtiyaçlarını karşılayacak kadar dayanıklı olmasıdır."
Anahtar kelime
Akıllı kumaşlar, esnek elektronikler, giyilebilir teknoloji, sensörler, grafen
Referans
[1]
2 Elias Torres Alonso, Daniela P. Rodrigues, Mukond Khetani, Dong-Wook Shin, Adolfo De Sanctis, Hugo Joulie, Isabel de Schrijver, Anna Baldycheva, Helena Alves, Ana I. S. Neves, Saverio Russo, Monica F. Craciun. Akıllı tekstiller için dokunma algılama ve ışık yayan işlevlere sahip grafen elektronik elyaflar . npj Esnek Elektronik, 2018; 2 (1) DOI: 10.1038 / s41528-018-0040-2
