KAIST-onderzoekers presenteerden een zeer flexibele maar stevige draagbare piëzo-elektrische oogstmachine met behulp van het eenvoudige en gemakkelijke fabricageproces van warmpersen en tapegieten. Deze energieoogstmachine, die een record hoge grensvlakadhesiesterkte heeft, zal ons een stap dichter bij de productie van embedded draagbare elektronica brengen. Een onderzoeksteam onder leiding van professor Seungbum Hong zei dat de nieuwigheid van dit resultaat in zijn eenvoud ligt, toepasbaarheid, duurzaamheid, en de nieuwe karakterisering van draagbare elektronische apparaten.

Draagbare apparaten worden steeds vaker gebruikt in een breed scala aan toepassingen, van kleine elektronica tot embedded apparaten zoals sensoren, actuatoren, toont, en energie-oogstmachines.

Ondanks hun vele voordelen, hoge kosten en complexe fabricageprocessen bleven uitdagingen voor het bereiken van commercialisering. In aanvulling, hun duurzaamheid werd vaak in twijfel getrokken. Om deze problemen aan te pakken, Het team van professor Hong ontwikkelde een nieuw fabricageproces en analysetechnologie voor het testen van de mechanische eigenschappen van betaalbare draagbare apparaten.

Voor dit proces is het onderzoeksteam gebruikte een heetpers- en tapegietprocedure om de weefselstructuren van polyester en een polymeerfilm te verbinden. Vanwege de hoge kleefkracht wordt bij het maken van batterijen en brandstofcellen meestal heet persen gebruikt. Bovenal, het proces duurt slechts twee tot drie minuten.

Het nieuw ontwikkelde fabricageproces zal de directe toepassing van een apparaat in algemene kledingstukken mogelijk maken met behulp van warmpersen, net zoals grafische patches op kleding kunnen worden bevestigd met behulp van een hittepers.

Vooral, wanneer de polymeerfilm heet op een stof wordt gedrukt onder de kristallisatietemperatuur, het verandert in een amorfe toestand. In deze staat, het hecht compact aan het concave oppervlak van de stof en infiltreert de openingen tussen de dwarse inslagen en longitudinale scheringen. Deze eigenschappen resulteren in een hoge grensvlakadhesiesterkte. Om deze reden, heet persen heeft het potentieel om de fabricagekosten te verlagen door de directe toepassing van op textiel gebaseerde draagbare apparaten op gewone kledingstukken.

Naast de conventionele duurzaamheidstest van buigcycli, het nieuw geïntroduceerde analysesysteem voor oppervlakte- en grensvlakken bewees de hoge mechanische duurzaamheid van het op textiel gebaseerde draagbare apparaat door de hoge grensvlakadhesiesterkte tussen de stof en de polymeerfilm te meten. Professor Hong zei dat de studie een nieuwe basis legt voor het productieproces en de analyse van draagbare apparaten die stoffen en polymeren gebruiken.

Hij voegde eraan toe dat zijn team voor het eerst het oppervlakte- en grensvlakanalysesysteem (SAICAS) op het gebied van draagbare elektronica gebruikte om de mechanische eigenschappen van op polymeren gebaseerde draagbare apparaten te testen. Hun analysesysteem voor oppervlakte- en snijvlakken is nauwkeuriger dan conventionele methoden (afpeltest, bandtest, en microstretch-test) omdat het kwalitatief en kwantitatief de hechtsterkte meet.

Professor Hong legde uit, "Deze studie zou de commercialisering van zeer duurzame draagbare apparaten mogelijk maken op basis van de analyse van hun grensvlakkleefkracht. Ons onderzoek legt een nieuwe basis voor het fabricageproces en de analyse van andere apparaten die stoffen en polymeren gebruiken. We kijken uit naar op weefsel gebaseerde draagbare apparaten elektronica komt zeer binnenkort op de markt."

De resultaten van dit onderzoek werden vorig jaar in Korea als binnenlands octrooi geregistreerd, en gepubliceerd in Nano-energie deze maand. Deze studie is uitgevoerd in samenwerking met professor Yong Min Lee van het Department of Energy Science and Engineering van DGIST, Professor Kwangsoo Nee in de afdeling Materials Science and Engineering aan KAIST, en professor Seunghwa Ryu van de afdeling Werktuigbouwkunde van KAIST.