Home Forschung & Bildung 3D-Druck für Wearables, Energiespeicher und praktische E-Textilien

3D-Druck für Wearables, Energiespeicher und praktische E-Textilien

In dem kürzlich in Matter veröffentlichten Artikel „The Road to Practical E-Textiles Is Smooth as Silk“ haben die Forscher eine neue Methode des 3D-Drucks skizziert, die als Katalysator für die Herstellung von Energy Harvesting-Stoffen in E-Textilien dienen könnte und zu einer besseren Leistung bei Elektronik und Wearables führt.

Da Unterhaltungselektronik – und solche, die getragen werden können – immer fortschrittlicher und verfügbarer werden, bemühen sich die Forscher weiterhin um Fortschritte in der Digitaltechnologie und der Leistung von Komponenten wie Sensoren, von denen ein Großteil auch durch Miniaturisierungsprozesse angetrieben wird. Strom, Energie und Batterien sind jedoch immer eine Herausforderung, wie jeder von uns weiß, nur um ein Handy täglich am Laufen zu halten. Die Forscher weisen darauf hin, dass viele Wearables heutzutage sperrig sein müssen, weil sie eine Batterie umfassen müssen. Die Biokompatibilität kann auch jetzt ein Problem sein, da die Verbraucher so viele verschiedene neuartige und innovative Geräte tragen möchten.

Energy Harvesting ist für viele ein neues Konzept, das von den Autoren als „Ergänzung zu Bordbatterien“ beschrieben wird. Tatsächlich kann Energie aus Umgebungslicht oder kinetischer Energie des Trägers gewonnen und dann in Geräten wie Kondensatoren gespeichert werden. Hier kommen piezoelektrische Materialien und triboelektrische Generatoren ins Spiel; Die Herausforderungen bei der Konstruktion und Produktion bleiben jedoch so groß. Die Forscher suchen nach Lösungen, und entwickelten einen triboelektrischen 3D-Druckgenerator, der aus einer Seidenfibroin-Hülle (SF) und einem elektrisch leitenden Kern aus Kohlenstoffnanoröhren (CNT) besteht.

Bei der Herstellung von Seidenfibroin- und Kohlenstoffnanoröhrchen-Tinten druckte das Forscherteam SF und CNT in 3D zu Fasern, die möglicherweise zur Herstellung komplexer Netzwerke verwendet werden könnten. Dieses Verfahren kann auch verwendet werden, um triboelektrische Fasern in vorhandene Gewebe zu integrieren.

Durch die Verwendung von biokompatiblen Rohstoffen sehen die Forscher größere Möglichkeiten für die Textilindustrie, zumal CNT@SF-Koaxialfasern im Hinblick auf die Anbringung von Wearables an der menschlichen Haut nicht toxisch sind. SF kann ebenfalls verwendet werden und ist aufgrund seiner Fähigkeit, ein triboelektrisches Paar mit Poly (ethylenterephthalat) (PET) zu bilden, „ideal geeignet“.

„Die Leistung von triboelektrischen CNT@SF/PET-ITO-Paaren ist bemerkenswert, schlussfolgern die Forscher. „Diese Geräte können bei Leerlaufspannungen von 10–80 V flächige Leistungsdichten von bis zu 18 mW/m² erzeugen. Das Niederstromverhalten (1–10 μA) von CNT@SF/PET-ITO triboelektrische Generatoren bei hoher Spannung (> 10 V)   können Kondensatoren mit Kapazitäten von ~5 μF innerhalb von 5 Minuten aufladen, vorausgesetzt, sie erreichen eine vernünftige Geschwindigkeit von 13 cm/s.”

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