Un groupe de recherche global a conçu un nouveau dispositif versatile à haute résistance en combinant des composites piézoélectriques avec de la fibre de carbone unidirectionnelle (UDCF), un matériau anisotrope qui fournit une résistance uniquement dans la direction des fibres. Le nouveau dispositif transforme l'énergie cinétique du mouvement humain en électricité, fournissant ainsi un moyen efficace et fiable pour les capteurs à haute résistance et auto-alimentés.
- Des composites piézoélectriques avec fibres de carbone ont été développés pour créer des capteurs de mouvement auto-alimentés.
- Ce nouveau dispositif transforme l'énergie cinétique du mouvement humain en électricité de manière efficace et fiable.
- Les tests ont montré que le matériau pouvait maintenir des performances élevées même après avoir été étiré plus de 1 000 fois, offrant ainsi des possibilités pour le développement de capteurs IoT avancés.
Les détails des recherches du groupe ont été publiés dans la revue Tiny le 14 décembre 2023.
La diction du mouvement implique la conversion de l'énergie du mouvement humain en signaux électriques mesurables et constitue un élément critical pour garantir un avenir resilient.
« Les objets du quotidien, des équipements de defense aux équipements sportifs, sont connectés à Net dans le cadre de l'Internet des objets (IoT), et beaucoup d'entre eux sont équipés de capteurs qui collectent des données », explique Fumio Narita, co-auteur de l'étude. et professeur à la Graduate Faculty of Environmental Scientific studies de l'Université de Tohoku. « Et l'intégration efficace de ces appareils IoT dans les équipements personnels nécessite des solutions innovantes en matière de gestion de l'énergie et de conception des matériaux pour garantir durabilité et flexibilité. »
L'énergie mécanique peut être utilisée grâce à la capacité des matériaux piézoélectriques à générer de l'électricité lorsqu'ils sont physiquement sollicités. Parallèlement, la fibre de carbone se prête aux applications dans les industries aérospatiale et car, dans les équipements sportifs et médicaux en raison de sa durabilité et de sa légèreté.
« Nous nous sommes demandés si les équipements de protection individuelle, rendus flexibles par une combinaison de fibre de carbone et d'un composite piézoélectrique, pouvaient offrir confort, additionally de durabilité et des capacités de détection », explique Narita.
Le groupe a fabriqué le dispositif en utilisant une combinaison de nanoparticules de tissu en fibre de carbone unidirectionnelle (UDCF) et de niobate de potassium et de sodium (KNN) mélangées à de la résine époxy (EP). L'UDCF servait à la fois d'électrode et de renfort directionnel.
Le dispositif dit UDCF/KNN-EP a répondu à ses attentes. Les exams ont révélé qu'il pouvait maintenir des performances élevées même après avoir été étiré additionally de 1 000 fois. Il a été prouvé qu'il peut supporter une cost beaucoup moreover élevée lorsqu'il est tiré dans le sens des fibres par rapport à d'autres matériaux flexibles. De as well as, lorsqu'il est soumis à des impacts et à un étirement perpendiculaire à la route des fibres, il surpasse les autres polymères piézoélectriques en termes de densité de manufacturing d'énergie. Notamment, les réponses mécaniques et piézoélectriques de l'UDCF/KNN-EP ont été analysées à l'aide de simulations multi-échelles en collaboration avec le groupe du professeur Uetsuji de l'Institut de technologie d'Osaka.
L’UDCF/KNN-EP contribuera à propulser le développement de capteurs IoT flexibles et vehicle-alimentés, conduisant à des dispositifs IoT multifonctionnels avancés.
Narita et ses collègues sont également enthousiasmés par les avancées technologiques de leur avancée. « CF/KNN-EP a été intégré dans un équipement sportif et a détecté avec précision l'impact de la seize d'une balle de baseball et la fréquence des pas d'une personne. Dans notre travail, la haute résistance des CF a été exploitée pour améliorer la durabilité et la fiabilité des capteurs sans batterie tout en maintenant leur extensibilité directionnelle et fournit des informations et des conseils précieux pour les recherches futures dans le domaine de la détection de mouvement.
