Для развития носимой электроники нужны улучшенные источники энергии. Теперь исследователи предложили потенциальное решение с помощью «леса» углеродных нанотрубок.
Для развития носимой электроники нужны улучшенные источники энергии. Теперь исследователи из Университета штата Мичиган (Michigan State University, MSU) предоставили потенциальное решение в виде материала из «леса» углеродных нанотрубок (УНТ).
Чанъюн Цао, директор Лаборатории мягких машин и электроники MSU, руководил группой ученых в области создания легко растягиваемых суперконденсаторов для питания носимой электроники. Недавно разработанный суперконденсатор продемонстрировал солидную производительность и стабильность, даже при растяжении до 800% от своего первоначального размера в течение тысяч циклов растяжения / расслабления.
Результаты команды, опубликованные в журнале Advanced Energy Materials, могут стимулировать разработку новых электронных систем, имплантируемых биомедицинских устройств, а также интеллектуальных систем упаковки.
Для развития новых носимых технологий нужны улучшенные источники энергии. Теперь исследователи предложили потенциальное решение с помощью «лесов» УНТ.
Courtesy of MSU
«Ключом к успеху является инновационный подход к сминанию вертикально выровненных массивов УНТ или «лесов» УНТ», - сказал Цао. «Вместо того, чтобы иметь плоскую тонкую пленку, строго ограниченную во время изготовления, наша конструкция позволяет трехмерному «лесу» УНТ поддерживать хорошую электрическую проводимость, делая его намного более эффективным и надежным».
Большинство людей знают носимые технологии для поддержания своей формы, как iWatches, которые общаются со смартфонами. В этом примере это две технологии, которые требуют батарей. А теперь представьте себе участки «умной кожи» для жертв ожогов, которые могут следить за заживлением, заряжая себя - это будущее, к которому может привести изобретение этой команды.
В области медицины разрабатывается растягиваемая / носимая электроника, которая способна к экстремальным деформациям и может соответствовать сложным, неровным поверхностям. В будущем эти инновации могут быть интегрированы в биологические ткани и органы, чтобы выявлять заболевания, отслеживать улучшения и даже общаться с врачами.
Однако досадной проблемой был дополнительный носимый источник. Зачем разрабатывать новые классные устройства, если им приходится работать от громоздких аккумуляторов, которые нагреваются и требуют перезарядки?
Открытие Цао - первое использование «леса» УНТ для растягивающихся систем хранения энергии. Этот «лес», однако, имеет высоту всего 10-30 микрометров. После переноса и сминания лес УНТ образует впечатляющие растягиваемые узоры, похожие на одеяло. Трехмерный взаимосвязанный «лес» УНТ имеет большую площадь поверхности и может быть легко модифицирован наночастицами или адаптирован к другим конструкциям.
«Это более надежно, это действительно прорыв в дизайне», - сказал Цао. «Даже если он растягивается до 300% в каждом направлении, он все еще эффективно работает. Другие конструкции теряют эффективность, обычно могут растягиваться только в одном направлении или полностью терять работоспособность при растяжениях на гораздо более низких уровнях».
По своей способности собирать и хранить энергию смятые нано-леса Цао превзошли большинство других суперконденсаторов на основе УНТ, о которых известно. Даже несмотря на то, что передовая технология может выдержать тысячи циклов растяжения / расслабления, еще есть возможности для совершенствования.
Наночастицы оксида металла могут быть легко имплантированы в «леса» УНТ, так что эффективность изобретения значительно улучшается. Цао добавил, что новый изобретенный подход должен стимулировать развитие растягиваемых электронных систем с автономным питанием.
Источник: Changyong Cao, Yihao Zhou, Stephen Ubnoske, Jianfeng Zang, Yunteng Cao, Philémon Henry, Charles B. Parker, Jeffrey T. Glass. Highly Stretchable Supercapacitors via Crumpled Vertically Aligned Carbon Nanotube Forests. Advanced Energy Materials, 2019; 1900618 DOI: 10.1002/aenm.201900618
Вас также может заинтересовать: