Recente technologische ontwikkelingen hebben de ontwikkeling mogelijk gemaakt van steeds geavanceerdere elektronica. Sommige van deze nieuwe instrumenten, bijzonder draagbare apparaten en zachte robots, vereisen of kunnen veel baat hebben bij flexibele elektronische componenten, inclusief sensoren, actuatoren en supercondensatoren.

Onderzoekers van de Zhengzhou University en de Peking University in China hebben onlangs een nieuwe rekbare en samendrukbare hydrogel-reksensor ontwikkeld die kan worden gebruikt om een ​​verscheidenheid aan flexibele of zachte technologieën met detectiemogelijkheden te fabriceren, inclusief gezondheidstrackers en robothuiden. Deze voeler, gepresenteerd in een paper gepubliceerd in Macromoleculaire materialen en techniek , is zowel gemakkelijk te fabriceren als betaalbaar, waardoor het ideaal is voor grootschalige implementaties.

De onderzoekers creëerden het door koolstof-nanovezelpoeder (CFP) uniform te dispergeren in een op polyvinylalcohol (PVA) gebaseerde hydrogel. PVA is tot nu toe veelbelovend gebleken voor de ontwikkeling van flexibele elektronica vanwege de gunstige mechanische eigenschappen en het feit dat het biologisch afbreekbaar is.

Door CFP in de op PVA gebaseerde hydrogel te dispergeren, de onderzoekers waren in staat om de mechanische sterkte van het materiaal te verbeteren en de elektrische geleidbaarheid te vergroten. Ze gebruikten een zogenaamde 'freezing-dooi-cyclus'-methode, wat inhoudt dat een stof herhaaldelijk wordt ingevroren en ontdooid.

De uit dit proces geproduceerde PVA/CFP-hydrogel bleek een breed bereik van rek (366%) en samendrukking (70%) te vertonen. Dit maakt het ideaal voor de ontwikkeling van zeer flexibele elektronica, die kan worden uitgerekt of gecomprimeerd met behoud van optimale detectiemogelijkheden.

"Tijdens 1000 laad- en loscycli, de PVA/CFP hydrogel heeft een lage plastische vervorming ( <10%, voor zowel rekken als comprimeren), klein energieverliesrendement (5,62% onder strekken en 12,13% onder compressie), en een stabiele mechanische sterkte en uitstekende gevoeligheid, of het is uitgerekt tot 100% of gecomprimeerd tot 50% spanningen, ’ schreven de onderzoekers in hun paper.

Behalve dat het vrij eenvoudig en effectief is, deze methode voor het vervaardigen van rekbare en samendrukbare sensoren is goedkoop, en kan dus gemakkelijk worden opgeschaald. Bovendien, het maakt de ontwikkeling mogelijk van goed presterende sensoren die een breed scala aan menselijk gedrag of activiteiten kunnen detecteren.

Bijvoorbeeld, sensoren die zijn gemaakt met behulp van de nieuwe fabricagestrategie, kunnen nauwkeurig detecteren wanneer een gebruiker zijn / haar gewrichten buigt of rekt, ademen, en slikken. Ze kunnen ook de veranderingen in druk voelen die plaatsvinden wanneer mensen lopen of bewegen.

De onderzoekers testten hun sensoren in verschillende scenario's, door ze op de pols van een gebruiker te plaatsen om het spannen van de vuistspieren te detecteren, op de keel om het slikken te controleren, op de maag om de ademhaling te detecteren, of onder de schoenzool om het loopgedrag van de gebruiker te volgen. Ze gebruikten ook dezelfde sensoren om de aanraking van een mens te detecteren en wanneer hij / zij op de sensor drukte.

De koolstof-nanovezel-polymeer hydrogel-reksensor heeft al veelbelovende resultaten behaald, het benadrukken van het potentieel voor een verscheidenheid aan toepassingen. In de toekomst, het kan worden gebruikt om nieuwe draagbare apparaten te ontwikkelen, zoals smartwatches en gezondheidstrackers, maar het zou ook de fabricage mogelijk maken van rekbare elektronische skins met geavanceerde detectiemogelijkheden.

© 2020 Wetenschap X Netwerk