適用於可穿戴電子設備的基於織物的壓電能量收集器

適用於可穿戴電子設備的基於織物的壓電能量收集器

基於織物的可穿戴電子產品由於其連接性，耐磨性，舒適性和耐用性而在第四次工業革命（4IR）時代變得越來越重要。KAIST研究人員已經證明了基於織物的傳統可穿戴電子設備，但仍需要複雜的方法或額外的支撐物才能製成衣服並縫製在衣服上。在本文中，展示了一種經濟高效，高吞吐量且高度集成的基於織物的可穿戴壓電能量採集器（fabric-WPEH）。織物-WPEH通過簡單的流延成型和熱壓工藝，具有鐵電聚合物，聚偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物[P（VDF-TrFE）]和兩種導電織物的異質結構。製造過程將使得可以通過熱壓將單元設備直接應用於一般服裝，因為可以通過熱壓將圖形補丁粘貼到服裝上。

KAIST的研究人員展示了一種高度靈活但堅固的可穿戴式壓電能量採集器，該能量採集器採用了熱壓和流延鑄造的簡單工藝（Nano Energy，&34; Cost-effective and strongly integrated fabric-based wearable piezoelectric energy harvester）。這種具有高界面粘合強度的能量採集器將使我們離製造嵌入式可穿戴電子產品更近一步。

洪勝豐教授領導的研究小組表示，這一結果的新穎之處在於其簡單性，適用性，耐用性以及可穿戴電子設備的新特性。

從小型電子設備到嵌入式設備（例如傳感器，致動器，顯示器和能量收集器），可穿戴設備正越來越多地用於各種應用中。

儘管具有許多優點，但高成本和複雜的製造工藝仍然是實現商業化的挑戰。另外，它們的耐久性經常受到質疑。為了解決這些問題，洪教授的團隊開發了一種新的製造工藝和分析技術，用於測試可負擔得起的可穿戴設備的機械性能。

對於此過程，研究團隊使用了熱壓和流延工藝將聚酯的織物結構和聚合物薄膜連接起來。由於其高粘附性，通常在製造電池和燃料電池時使用熱壓。最重要的是，該過程僅需要兩到三分鐘。

該技術特點：

•開發了一種基於織物的高柔性可穿戴式壓電能量收集器。

•使用熱壓和流延成型的製造工藝非常簡單且易於控制。

•能量收集器在壓電層和織物層之間具有創紀錄的高界面粘合強度。

•能量收集器在嵌入式可穿戴應用領域具有潛力。

基於織物的可穿戴式能量收集器的製造過程，結構和輸出信號。

技術原理：

新開發的製造工藝將使設備能夠通過熱壓直接應用於普通服裝，就像可以使用熱壓將圖形補丁粘貼到服裝上一樣。

特別地，當將聚合物膜在低於其結晶溫度的溫度下熱壓到織物上時，其轉變為非晶態。在這種狀態下，它緊密地附著在織物的凹面上，並滲入橫向緯線和縱向經線之間的縫隙中。這些特徵導致高的界面粘合強度。因此，熱壓有可能通過將基於織物的可穿戴設備直接應用於普通服裝來降低製造成本。

除了常規的彎曲循環耐久性測試外，新引入的表面和界面切割分析系統還通過測量織物與聚合物膜之間的高界面粘合強度，證明了基於織物的可穿戴設備的高機械耐久性。洪教授說，這項研究為使用織物和聚合物的可穿戴設備的製造過程和分析奠定了新的基礎。

他補充說，他的團隊首先在可穿戴電子領域使用了表面和界面切割分析系統（SAICAS）來測試基於聚合物的可穿戴設備的機械性能。他們的表面和界面切割分析系統比常規方法（剝離測試，膠帶測試和微拉伸測試）更加精確，因為它可以定性和定量地測量粘合強度。

洪教授解釋說：&34;