웨어러블 섬유는 신체 움직임에서 전력 장치로 에너지를 포착합니다.

2023년 6월 5일

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칭화대학교 출판부

나노과학자들은 신체 움직임을 사용 가능한 전기로 변환하고 해당 에너지를 저장할 수도 있는 착용 가능한 직물을 개발했습니다. 이 직물은 잠재적으로 의료 모니터링부터 운동선수와 코치의 성과 추적 지원, 의류의 스마트 디스플레이에 이르기까지 광범위한 응용 분야를 가지고 있습니다.

섬유를 담당하는 연구팀은 Nano Research Energy에 게재된 논문에서 섬유가 어떻게 작동하는지 설명합니다.

스마트 시계부터 무선 헤드폰까지 사람들은 이미 다양한 웨어러블 전자 장치에 접근할 수 있습니다. 이제 다양한 건강, 스포츠 및 활동 모니터가 스마트폰에 통합되었습니다.

그러나 이러한 센서의 정확도는 신체 위 또는 근처에 배치할 수 있는 소수의 위치로 인해 여전히 제한적이며, 이러한 기술에 대한 많은 건강 및 스포츠 전문가의 야망에 비해 응용 범위가 작은 창으로 제한됩니다.

미래에 고급 직물이 개발될 수 있다면 셔츠, 바지, 속옷, 모자에 통합된 웨어러블 전자 장치가 노쇠 지표를 추적하여 연령 관련 질병의 위험을 평가하고, 코티솔 수치를 모니터링하여 스트레스 수준을 추적할 수 있을 것입니다. 또는 글로벌 전염병 모니터링 네트워크의 일부로 병원체를 감지할 수도 있습니다.

웨어러블 전자 장치를 다음 단계로 끌어올리고 건강 모니터, 스포츠 센서, 내비게이션 시스템 및 활동 추적기를 가볍고 눈에 띄지 않으며 덜 번거로운 방식으로 의류에 통합하려면 여전히 고급 섬유에 몇 가지 중요한 혁신이 필요합니다.

기존 웨어러블 전자 장치의 과제 중 하나는 장치에 에너지를 공급하는 구성 요소의 유연성 및 착용성 제한에서 비롯됩니다. 또한 에너지 공급 장치는 장치와 쉽게 통합할 수 있어야 하며 환경 인식이 높아지는 시대에 지속 가능해야 합니다. 게다가 기존 에너지 저장 기술은 용량이 매우 제한되어 있습니다. 배터리와 슈퍼커패시터는 에너지를 저장할 수 있지만 외부 전원 없이는 자발적으로 에너지를 생산할 수 없습니다.

중국 과학 아카데미 산하 베이징 나노에너지 및 나노시스템 연구소의 종이 및 나노 시스템 전문가의 수석 저자인 Feifan Sheng은 "배터리는 착용하기에도 그다지 불편하지 않습니다."라고 말했습니다. "따라서 웨어러블 및 자체 충전 전원 공급 장치의 개발이 중요합니다."

Dong 교수의 나노과학자 팀은 마찰 전기 효과를 활용하는 유연하고 편직되며 착용 가능한 구조인 "섬유-TENG"를 생산했습니다. 이 구조에서는 특정 재료가 다른 재료와 마찰 접촉을 한 후 전기적으로 충전됩니다. 예를 들어 일반적인 정전기는 마찰 전기 효과의 접촉 유도 전기화와 관련이 있습니다.

Fiber-TENG는 폴리락트산 층(3D 프린팅에 일반적으로 사용되는 폴리에스터 유형), 환원된 그래핀 산화물 층(매우 저렴한 그래핀 유형), 폴리피롤 층(이미 3D 프린팅에 널리 사용되는 폴리머)의 세 가지 층으로 구성됩니다. 전자 및 의학).

Fiber-TENG가 직물로 편직된 옷을 입은 사람에 의해 구부리거나 늘어나는 등 기계적 변형을 가할 때 폴리락트산과 환원그래핀옥사이드 층의 접촉으로 생성된 마찰전하는 다음과 같은 방식으로 수집될 수 있습니다. 폴리피롤층. 이 프로세스는 발전 장치로 사용할 수 있는 전기 출력을 생성합니다.