과학과 기술의 발전으로 웨어러블 전자 기기는 생물의학 및 기타 분야에서 점점 더 널리 사용되고 있습니다. 동시에 사람들은 편안함과 배터리 수명에 대한 요구 사항이 더 높습니다. 납 지르코네이트 티타네이트(PZT)와 같은 전통적인 압전 세라믹은 압전 출력이 높지만 강성과 취성이 높습니다. PVDF 및 기타 압전 폴리머는 탄성 계수가 낮지만 압전 특성이 약합니다. 따라서 두 가지의 장점을 결합하여 유연한 압전 재료를 개발하는 것이 중요한 연구 방향입니다.

이러한 맥락에서, 홍콩시립대학교 연구팀은 기계적 특성을 효과적으로 강화할 수 있는 독특한 내부 다단계 구조를 가진 템플릿 지원 졸-겔 방법을 기반으로 유연하고 투과성이 뛰어나며 고출력의 3차 압전 세라믹 복합 직물을 개발했습니다.

압전 복합 직물은 PZT 세라믹 골격과 P(VDF-TRFe) 코팅으로 구성되고, 구리 메시는 전극으로 양쪽에 부착됩니다. 사용된 직물 템플릿과 유사하게, 얽힌 서브밀리미터 레벨 다중 스트랜드 세라믹 섬유는 PZT 세라믹 골격을 구성하는 반면, 세라믹 섬유 묶음을 구성하는 미크론 레벨 PZT 섬유는 45.1차 구조입니다. PZT 세라믹 프레임워크로 코팅된 P(VDF-TrFE) 필름은 압전 복합 직물에 더 나은 기계적 및 압전적 특성을 제공합니다. 고유한 내부 다단계 기공 구조는 또한 직물이 좋은 공기 투과성을 가지게 하며, 공기 투과성은 최대 XNUMXmm/s입니다.

기존의 압전 복합소재와 비교했을 때, 압전 복합 소재 패브릭은 기계적 특성에서 더 높은 탄성률(0.35gpa), 파괴 강도, 신장, 인성(0.125MJ/m3) 및 파괴 에너지를 가지고 있습니다. 압전 특성 측면에서, 패브릭은 128개의 LED를 동시에 켜기에 충분한 75V의 개방 회로 전압을 생성할 수 있습니다.

압전 세라믹 복합섬유의 공기투과도 및 기계적 특성

연구자들은 인간의 움직임 모니터링과 에너지 수집에서 압전 복합 직물의 잠재적인 응용 분야를 평가하기 위해 신발 밑창의 깔창으로 사용하여 인간의 걷기로 생성된 에너지를 전기 신호로 변환했습니다. 만보계로 사용했을 때 63분 이내에 2단계가 성공적으로 기록되었고 동시에 휴대전화 화면에 표시되었습니다. 에너지 수확 장치로 사용했을 때, 3.1초 동안 밟는 동안 커패시터에 저장된 전압이 36V로 증가합니다. 커패시터에 저장된 에너지는 추가로 전자 미터에 전원을 공급하는 데 사용될 수 있으며, 전자 미터는 16초 동안 계속 작동할 수 있습니다.

압전 직물 설계 다단계 구조와 기능적 개념의 제조에 대한 연구는 압전 재료의 전통적인 압전적 특성을 개선하여 새로운 사고의 흐름을 제공하는 동시에, 웨어러블 디바이스의 기능성 재료와 유연한 전자 장치의 응용을 더욱 촉진하기 위해 공기 투과성, 압전성, 유연성 및 인내성의 균형 전략에 더 많은 관심을 기울였습니다.

"압전성, 유연성, 인성 및 공기 인성에서 균형 잡힌 성능을 갖춘 계층적으로 연결된 압전 세라믹 섬유"가 Advanced Functional Materials에 게재되었습니다.

(출처: 텍스타일 헤럴드 공식 마이크로)