연구원들이 그래핀을 개발하다

쓰촨대학교, 중국과학원, 조지아 공과대학 연구원들은 신체 움직임을 사용 가능한 전기로 변환하고 심지어 그 에너지를 저장할 수도 있는 그래핀 기반 웨어러블 직물을 개발했습니다. 이 직물은 의료 모니터링부터 운동선수와 코치의 성과 추적 지원, 의류의 스마트 디스플레이까지 광범위한 응용 분야에 잠재적으로 사용될 수 있습니다.

현재 웨어러블 전자 장치와 사용 가능한 다양한 건강 모니터의 정확도는 신체 위나 근처에 배치할 수 있는 소수의 위치로 인해 여전히 제한되어 있으며 소수의 응용 프로그램으로 제한됩니다. 미래에 고급 직물이 개발될 수 있다면 셔츠, 바지, 속옷, 모자에 통합된 웨어러블 전자 장치는 노쇠 지표를 추적하여 연령 관련 질병의 위험을 평가하고, 코르티솔 수치를 모니터링하여 스트레스 수준을 추적할 수 있을 것입니다. 글로벌 팬데믹 모니터링 네트워크의 일부로 병원체를 탐지합니다. 웨어러블 전자 장치를 한 단계 더 발전시키려면 모니터가 가볍고 눈에 띄지 않으며 덜 번거로운 방식으로 직물에 통합되어야 합니다.

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."

과학자 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.

Fiber-TENG 개발의 핵심은 섬유에 통합된 에너지 저장 시설인 동축 섬유형 슈퍼커패시터(섬유-SC)에 사용하기 위해 산화 그래핀 섬유를 준비하는 데 사용되는 새로운 공정이었습니다. 동축 구조로 구부리거나 비틀어도 안정성이 뛰어납니다.

이 공정에는 환원그래핀옥사이드(rGO) 섬유의 표면에 활성 물질(전기 에너지를 저장하고 방출할 수 있는 물질)을 추가하는 과정이 포함됩니다. 첫째, 연구진은 요오드화수소산을 적용하여 rGO 섬유를 생산했습니다. 그런 다음 전류를 가하여 표면에 재료를 증착하는 방법인 전착이라는 공정을 사용하여 rGO 섬유 표면에 이산화망간(MnO2)과 폴리피롤(PPy)이라는 두 가지 활성 물질을 추가합니다.

이로써 섬유-SC에 사용되는 rGO-PPy-MnO2라는 음극 물질이 생성되었습니다. 그런 다음 rGO-PPy-MnO2 표면에 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT)를 폴리비닐알코올과 인산 전해질로 균일하게 코팅하여 양극 물질을 만들었습니다.