Processo di fabbricazione, strutture, e segnali di uscita di un raccoglitore di energia indossabile basato su tessuto. Credito:The Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)
I ricercatori KAIST hanno presentato una mietitrice piezoelettrica indossabile altamente flessibile ma robusta che utilizza il processo di fabbricazione semplice e facile della pressatura a caldo e della colata a nastro. Questo raccoglitore di energia, che ha un'elevata forza di adesione interfacciale record, ci porterà un passo più vicino alla produzione di dispositivi elettronici indossabili incorporati. Un gruppo di ricerca guidato dal professor Seungbum Hong ha affermato che la novità di questo risultato risiede nella sua semplicità, applicabilità, durata, e la sua nuova caratterizzazione dei dispositivi elettronici indossabili.
I dispositivi indossabili vengono sempre più utilizzati in un'ampia gamma di applicazioni, dalla piccola elettronica ai dispositivi incorporati come sensori, attuatori, mostra, e raccoglitori di energia.
Nonostante i loro numerosi vantaggi, costi elevati e processi di fabbricazione complessi sono rimasti sfide per raggiungere la commercializzazione. Inoltre, la loro durata è stata spesso messa in discussione. Per affrontare questi problemi, Il team del professor Hong ha sviluppato un nuovo processo di fabbricazione e una tecnologia di analisi per testare le proprietà meccaniche di dispositivi indossabili a prezzi accessibili.
Per questo processo, il team di ricerca ha utilizzato una procedura di stampaggio a caldo e colata di nastro per collegare le strutture del tessuto di poliestere e un film polimerico. La pressatura a caldo è stata solitamente utilizzata nella produzione di batterie e celle a combustibile a causa della sua elevata adesività. Soprattutto, il processo richiede solo due o tre minuti.
Il processo di fabbricazione di nuova concezione consentirà l'applicazione diretta di un dispositivo in indumenti generici utilizzando la pressatura a caldo, così come le toppe grafiche possono essere attaccate agli indumenti utilizzando una pressa a caldo.
Misurazione della forza di adesione interfacciale mediante SAICAS. Attestazione:KAIST
In particolare, quando il film polimerico viene pressato a caldo su un tessuto al di sotto della sua temperatura di cristallizzazione, si trasforma in uno stato amorfo. In questo stato, si attacca in modo compatto alla superficie concava del tessuto e si infiltra negli spazi tra le trame trasversali e gli orditi longitudinali. Queste caratteristiche si traducono in un'elevata forza di adesione interfacciale. Per questa ragione, la pressatura a caldo ha il potenziale per ridurre il costo di fabbricazione attraverso l'applicazione diretta di dispositivi indossabili a base di tessuto a indumenti comuni.
Oltre alla tradizionale prova di durabilità dei cicli di flessione, il sistema di analisi del taglio superficiale e interfacciale di nuova introduzione ha dimostrato l'elevata durata meccanica del dispositivo indossabile a base di tessuto misurando l'elevata forza di adesione interfacciale tra il tessuto e il film polimerico. Il professor Hong ha affermato che lo studio pone una nuova base per il processo di produzione e l'analisi dei dispositivi indossabili utilizzando tessuti e polimeri.
Ha aggiunto che il suo team ha utilizzato per la prima volta il sistema di analisi del taglio superficiale e interfacciale (SAICAS) nel campo dell'elettronica indossabile per testare le proprietà meccaniche dei dispositivi indossabili a base di polimeri. Il loro sistema di analisi del taglio superficiale e interfacciale è più preciso dei metodi convenzionali (peel test, prova del nastro, e microstretch test) perché misura qualitativamente e quantitativamente la forza di adesione.
Il professor Hong ha spiegato, "Questo studio potrebbe consentire la commercializzazione di dispositivi indossabili altamente durevoli basati sull'analisi della loro forza di adesione interfacciale. Il nostro studio getta nuove basi per il processo di produzione e l'analisi di altri dispositivi che utilizzano tessuti e polimeri. Non vediamo l'ora di indossare indossabili basati su tessuto. l'elettronica arriverà sul mercato molto presto."
I risultati di questo studio sono stati registrati come brevetto nazionale in Corea lo scorso anno, e pubblicato in Nano energia questo mese. Questo studio è stato condotto in collaborazione con il professor Yong Min Lee del Dipartimento di Scienze e Ingegneria Energetica della DGIST, Professor Kwangsoo No nel Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali presso KAIST, e il Professor Seunghwa Ryu nel Dipartimento di Ingegneria Meccanica del KAIST.
