Функционирует при финансовой поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям (Роспечать)

Китайцы научились печатать трибоэлектрические генераторы на ткани

Mingchao Zhang et al. / Matter, 2019

Китайские инженеры разработали метод, позволяющий печатать на ткани функциональные волокна. К примеру, с помощью такой технологии они напечатали на ткани волокно с углеродными нанотрубками внутри, выступающее в качестве трибоэлектрического генератора. Статья с описанием разработки опубликована в журнале Matter.

Концепция умной одежды, в отличие от умных часов или браслетов, подразумевает, что электронные компоненты можно встроить прямо в одежду. К примеру, уже существуют умные куртки с сенсорными вставками и подогревом. Но встраивать электронику в одежду сложно , потому что это требует либо применять жесткую электронику, неудобную в ношении, либо искать другие подходы. Обычно ученые создают для этого гибкую электронику, а также ищут новые пути вплетения ее в ткань или внедрения другим образом.

Группа инженеров под руководством Инина Чжана (Yingying Zhang) из Университета Цинхуа разработала метод, позволяющий печатать на ткани волокна, состоящие из двух слоев. Они создали печатающую головку для принтера, состоящую из коаксиальных сопел. Во время печати два материала подаются одновременно — один из центрального сопла, а второй из коасксиального, то есть расположенного вокруг центрального. Благодаря этому материалы не смешиваются, а располагаются в нужном порядке: материал из центрального сопла остается в центре, а материал из внешнего сопла формирует внешний слой волокна.

Для демонстрации авторы выбрали в качестве материала центральной части углеродные нанотрубки и создали на их основе водный раствор. В качестве материала внешнего слоя они выбрали белок фиброин, полученный из шелка тутового шелкопряда, на его основе также сделали водный раствор. Такие материалы инженеры выбрали для создания трибоэлектрического генератора, в котором углеродные нанотрубки выступают в качестве проводящего слоя, а фиброин используется в качестве диэлектрика. Напечатанное волокно и пленка из полимера образуют трибоэлектрическую пару, в которой при разнесении или сближении возникает электрический ток.

Эксперименты с генератором показали, что максимальный ток, вырабатываемый им, составляет 14 микроампер, а напряжение — 15 вольт. Кроме того, авторы напечатали таким же способом ионисторы, в которых вместо фиброина внешний слой состоит из карбоксиметилцеллюлозы. Эксперименты с ними показали, что их удельная емкость составляет 26,42 миллифарада на квадратный сантиметр.

В прошлом году американские ученые создали пьезоэлектрическую ткань, вырабатывающую электричество при растяжении. Ее волокна состоят из внешнего пьезоэлектрического слоя и проводящей внутренней основы, передающей электричество на электронные компоненты. Эксперименты показали, что сумка с ремнем из такой ткани может вырабатывать при ходьбе достаточно энергии для питания одного светодиода.

Григорий Копиев

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.