Science >> Wetenschap >  >> nanotechnologie

Onderzoek toont on-demand voortbeweging aan van door fysieke intelligentie gecodeerde elektronica

Vorm-herconfigureerbare locomotiefelektronica op basis van collectief geassembleerde vloeibaar-kristal-elastomeer/MXene-dubbellaag (MLB). Krediet:W. Cho, et al., Nano Energy , 118, 108953 (2023).

Naast flexibele elektronica, die door passieve mechanische belasting kan worden vervormd tot 3D-kromlijnige vormen, is vormherconfigureerbare elektronica ook veelbelovend als de volgende generatie elektronische apparaten.



Terwijl de elektronica steeds kleiner wordt, belemmeren ruimtelijke beperkingen passieve mechanische vervorming, waardoor fysiek contact en de opname van omvangrijke, zware energiebronnen zoals batterijen noodzakelijk zijn. Om de intrinsieke beperkingen van geminiaturiseerde systemen aan te pakken, reageren de materialen die worden gebruikt in vormherconfigureerbare elektronica actief op externe stimuli, zoals temperatuur, licht en elektriciteit, en voeren ze geprogrammeerde activering uit.

Er kan worden aangenomen dat deze materialen, die op stimuli reageren, 'fysieke intelligentie' bevatten. Deze fysiek intelligente materialen dienen als platform voor vormherconfigureerbare elektronica, omdat ze hun vorm actief kunnen transformeren in verschillende 3D-vormen en hun lichaamspositie kunnen veranderen door omkeerbare activering.

Onder leiding van Jeong Jae Wie, universitair hoofddocent bij de afdeling Organische en Nano-engineering aan de Hanyang Universiteit, hebben onderzoekers een nieuw concept geïntroduceerd van op fysieke intelligentie gecodeerde, op vloeibare kristallen gebaseerde elastomeren, vorm-herconfigureerbare elektronica, die on-demand voortbeweging hebben aangetoond. inclusief kruipen, springen en slingeren van kleine voorwerpen.

Een van deze veelbelovende fysisch intelligente materialen is vloeibaar kristalelastomeer (LCE), een materiaal dat bekend staat om zijn toepassing in liquid-crystal displays (LCD's). Naast het gebruik ervan als weergavemateriaal, maakt de programmeerbare uitlijning van anisotrope vloeibaar-kristallijne moleculen richtinggestuurde vormherconfiguratie mogelijk, waardoor het potentieel ervan als platform voor vorm-herconfigureerbare elektronica wordt uitgebreid wanneer LCE wordt gecombineerd met andere geleidende vulstoffen.

In deze studie, gepubliceerd in Nano Energy , heeft het onderzoeksteam LCE met succes geïntegreerd met een zeer geleidende Ti3 C2 Tx MXene, vormt een dubbellaagse structuur. MXene behoort tot een nieuwe familie van 2D-materialen die bekend staan ​​om hun opmerkelijke elektrische geleidbaarheid en hoge fotothermische conversie-efficiëntie.

Verschillende bediening en voortbeweging van collectief geassembleerde vorm-herconfigureerbare elektronica. Krediet:W. Cho, et al., Nano Energy , 118, 108953 (2023).

Via een aangepast in-situ fotopolymerisatieproces werd MXene effectief overgebracht naar de LCE-laag zonder enige schade of fysieke delaminatie.

De MXene-laag heeft een dikte van 370 nm, wat 133 keer dunner is dan de LCE-laag, wat resulteert in een lage buigstijfheid voor de dubbellaag en hoge bedieningsprestaties mogelijk maakt. Bovendien vertoont de nieuw gevormde LCE/MXene-dubbellaag, genaamd MLB, een opmerkelijk hoge elektrische geleidbaarheid van ongeveer ~5.300 S cm -1 , waardoor de MLB LED's van stroom kan voorzien. De MLB demonstreert ook foto-/elektrothermisch aangedreven activeringsmogelijkheden onder bestraling met nabij-infraroodlicht en met spanningstoepassingen van minder dan 3,5 V.

Om diverse vormherconfiguraties en voortbeweging met MLB te bereiken, werden collectief geassembleerde structuren geïntroduceerd, waarbij rekening werd gehouden met de symmetrie van de assemblage.

Symmetrisch geassembleerde MLB's vertoonden S-, W-, bloemachtige vormen en inverse chirale structuur. Bovendien vertoonden asymmetrisch geassembleerde MLB's directioneel kruipen en roteren met aanpassingen aan de lengte en moleculaire uitlijning van de samenstellende MLB-eenheden.

De asymmetrisch geassembleerde MLB's hadden een continu verschuivend massamiddelpunt tijdens hun bediening, wat leidde tot directionele voortbeweging. Geïnspireerd door doorklikinstabiliteit, bereikten deze geassembleerde MLB's ook springbewegingen en slingerschieten van kleine voorwerpen. Hiervoor introduceerde het onderzoeksteam onlangs een stijf papieren frame en een alternatief geassembleerde structuur, die de vormherconfiguratie van de geassembleerde MLB's kunstmatig beperkten en vervolgens de resulterende elastische energie effectief opsloegen. Deze opgeslagen elastische energie werd vervolgens via doorklik omgezet in mechanische energie, wat uiteindelijk leidde tot snelle en explosieve spring- en slingerbewegingen door de samengestelde MLB.

Woongbi Cho, de eerste auteur van het artikel, merkt op:"Multifunctionaliteit is een sleutelcomponent voor de volgende generatie elektronica, en geometrische diversiteit maakt vorm-herconfigureerbare elektronica mogelijk om multimodale bediening en voortbeweging uit te voeren."

Over de MLB zei professor Wie:"Vormherconfigureerbare elektronica op basis van vloeibaar-kristalelastomeer en MXene breidt met succes de toepassing van vloeibaar-kristallijne polymeren uit. Wij geloven dat deze techniek inzicht kan geven in vorm-herconfigureerbare platforms die op verschillende gebieden kunnen worden toegepast. inclusief apparaten voor energieopslag, antennes en geminiaturiseerde robotsystemen."

Meer informatie: Woongbi Cho et al, Multifunctionele voortbeweging van collectief geassembleerde, in vorm herconfigureerbare elektronica, Nano-energie (2023). DOI:10.1016/j.nanoen.2023.108953

Journaalinformatie: Nano-energie

Aangeboden door Hanyang Universiteit




Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Als je asperges kunt ruiken in de urine,
  2. Kenmerken van een eencellig organisme
  3. Misschien vindt u een zeldzame soort in uw achtertuin:hoe mondiale burgerwetenschap bijdraagt ​​aan kennis over biodiversiteit
  4. De nadelen van Western Blotting
  5. Identificeren van geschikte vijverlandschappen voor de bescherming van amfibieën
  6. Tomatenbloesems ontvouwen nieuwe inzichten:sleutelgen TM6 regelt de bloemontwikkeling
  7. Termieten houden van het broeikaseffect, het tempo van hun houtkauwen wordt aanzienlijk sneller bij warmer weer
  8. Schimmeluitbraak bedreigt driekleurige vleermuis met uitsterven
  9. Stille soorten worden met uitsterven bedreigd:onderzoek wijst op vooringenomenheid in onderzoek naar natuurbehoud

Wetenschap