Носимая электроника, как электроника следующего поколения быстро развивается. Благодаря исключительному удобству применения, носимая и гибкая электроника широко используется, например, в биомедицинском мониторинге, человеко-машинном интерфейсе, при внедрении других функциональных датчиков. Между тем, есть несколько ключевых проблем, связанных с применением традиционных электронных компонентов в носимых устройствах. Во-первых, химические батареи как наиболее распространенный источник энергии имеют недостатки, заключающиеся в больших размерах, плохой портативности, ограниченном сроке службы и вредности при неправильной утилизации. Второй, структура традиционных электронных компонентов жесткая и относительно крупная, что не может полностью удовлетворить потребность людей в удобстве ношения. В-третьих, производительность традиционных электронных компонентов зависит от температуры, влажности, потоотделения, стирки, трения и других факторов. Для решения этих проблем активно исследуются различные портативные источники питания и системы с автономным питанием. Среди них трибоэлектрические наногенераторы (ТЭНы) привлекли большое внимание и получили успешное развитие благодаря преимуществам легкого веса, низкой стоимости, высокой эффективности преобразования энергии, гибкой конструкции конструкции и экологичности.
Преследуя цель, повысить живучесть и комфортность носимой электроники, исследователи из США и Китая объединились для разработки пряжи, вырабатывающей энергию, способной заряжать интеллектуальные текстильные системы. Их исследования основаны на «трибоэлектрическом эффекте», благодаря которому электроны проходя между двумя материалами, создают электрический ток.
Руководитель кафедры текстильной инженерии, химии и науки в штат Северная Каролина Ронг Инь, так пояснил их общую работу: «В нашей конструкции есть два слоя - один из проводящих медных проводов с полиуретановым покрытием, а другой - из ПТФЭ, и между ними есть зазор. Когда два непроводящих материала вступают в контакт друг с другом, один материал теряет часть электронов, а другой получает часть электронов. Когда вы соедините их вместе, появится ток»
Ученые применили медные провода, обернутые в тонкое полиуретановое покрытие, и ткань из политетрафторэтилена («тефлон»), поскольку эта пара — в отличие от опробованных альтернатив, включая хлопок и шелк — показала лучшие результаты с точки зрения создания наибольшего напряжения. И использовали процесс вышивки, чтобы интегрировать эти два материала в одежду.
«Когда мы помещаем вышивку в обувь, если вы бежите, она генерирует более высокое напряжение, чем если бы вы просто шли. Когда мы вышивали цифры на ткани и нажимали на них, для каждой цифры генерировалось разное напряжение. Его можно использовать как интерфейс», — отметил Инь.
Подробнее с информацией можно ознакомиться при переходе к источникам по внешним ссылкам:
https://sites.textiles.ncsu.edu/yin-research-lab/about/
https://www.materialstoday.com/electronic-properties/news/wearable-electronics-embroidery/
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2211285522010072?via%3Dihub
