วัสดุที่ยืดหยุ่นใหม่รู้สึกถึงอุณหภูมิที่ไม่มีพลังงานภายนอก

วัสดุที่มีความยืดหยุ่นและโปร่งใสที่จะจัดหาอุปกรณ์ที่จะสวมใส่แบบเรียลไทม์สำหรับสิ่งเร้าความร้อน

สินเชื่อรูปภาพ: synthex/shutterstock.com

ด้วยการรวมพอลิเมอร์ที่มีความยืดหยุ่นเข้ากับของเหลวไอออนิกนักวิทยาศาสตร์ได้สร้างเซ็นเซอร์ triboelectric ที่เปลี่ยนความร้อนเป็นสัญญาณไฟฟ้าโดยไม่ต้องแบตเตอรี่

เซ็นเซอร์ใหม่ที่อธิบายไว้ใน วัสดุการทำงานขั้นสูงมันขึ้นอยู่กับอิออนอิลาสโตเมอร์ ไอออนอีลาสโตเมอร์เป็นวัสดุที่ตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิและผลิตโดยการผสมโพลีเมอร์กับของเหลวไอออน (ILs) ในการศึกษานี้นักวิจัยตรวจสอบเทอร์โมพลาสติกโพลียูรีเทน (TPU) ซึ่งเป็นพอลิเมอร์ Wiwste เหนียวที่รู้จักกันในเรื่องการยืดและปฏิกิริยาความร้อน

TPU ตามธรรมชาติสร้างภูมิภาคที่คั่นด้วย microfasis โดยมีพื้นที่ที่มีผลึกแข็งและคุณสมบัติที่นุ่มกว่าและมีลักษณะเป็นอสัณฐานมากขึ้น ภูมิภาคเหล่านี้มีปฏิกิริยาแตกต่างกันไปกับความร้อนทำให้วัสดุมีความจำที่เป็นประโยชน์ของรูปร่างและคุณสมบัติเชิงกล

การเชื่อมต่อ TPU กับ ILS ช่วยเพิ่มความคล่องตัวของไอออนอีลาสโตเมอร์และเปลี่ยนการแทรกแซงของมันเนื่องจากวัสดุที่มีแนวโน้มเป็นพิเศษสำหรับการใช้งานที่ไวต่ออุณหภูมิ

อุปกรณ์ตรวจจับ

นักวิทยาศาสตร์ได้สร้างอุปกรณ์ตรวจจับโดยฝาก 1-ethyl-3-methylimidazolium bis (trifluorometylulfonyl) imid ([EMIM]TFSI) ไปยังเมทริกซ์ TPU สิ่งนี้ทำให้วัสดุที่มีความยืดหยุ่นและโปร่งใสด้วยพฤติกรรมจุลภาคที่ชัดเจนที่อุณหภูมิต่างๆ

อีลาสโตเมอร์นี้ถูกรวมเข้ากับ nanogenerator tribelectric (TENGA) ซึ่งทำหน้าที่เป็นชั้นที่มีประจุบวกด้วย Alcanies Perfluoroalkox (PFA) เป็นคู่หูเชิงลบ

การศึกษาแสดงให้เห็นว่าเลเยอร์สร้างค่าธรรมเนียม triboelectric เมื่อพวกเขาเจอแล้วแยกออกจากกัน โหลดเหล่านี้ได้รับผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิใน elastomer microst -reduction โดยเฉพาะอย่างยิ่งการเคลื่อนที่ของไอออนและการเสียรูปของภูมิภาคผลึก

เอาต์พุตแรงดันไฟฟ้าของอุปกรณ์ถูกสกัดกั้นแบบเรียลไทม์โดยใช้ออสซิลโลสโคปที่เชื่อมต่อกับระบบการเก็บข้อมูล MATLAB

เพื่อทดสอบประสิทธิภาพของเซ็นเซอร์นักวิทยาศาสตร์ใช้ความร้อนโดยใช้แผ่นทำความร้อนไฟฟ้าและดำเนินการวงจรความร้อนระหว่างอุณหภูมิห้องและ 70 ° C เทอร์โมธีที่ติดอยู่กับอีลาสโตเมอร์ให้การอ่านอุณหภูมิที่แม่นยำในขณะที่แรงดันเอาต์พุตถูกปรับเทียบกับการวัดอุณหภูมิมาตรฐาน

ผลลัพธ์จริง -เวลา

หนึ่งในการค้นพบที่สำคัญของการศึกษาคือแรงดันเอาต์พุตเซ็นเซอร์เพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิ เมื่อวัสดุกำลังเข้าใกล้จุดเปลี่ยนแก้วในส่วนที่แข็ง (ประมาณ 60 ° C) ภูมิภาคผลึกอ่อนลงและเปลี่ยนรูปเพิ่มการเคลื่อนไหวของไอออนอย่างมีนัยสำคัญ ในทางกลับกันสิ่งนี้เพิ่มการสร้างการเชื่อมต่อและเลเยอร์สองชั้นไฟฟ้าซึ่งทำให้เกิดสัญญาณแรงดันไฟฟ้าที่แข็งแกร่งขึ้น

ของเหลวอิออน [EMIM]TFSI มีบทบาทสำคัญในกระบวนการนี้ เขาอำนวยความสะดวกในการขนส่งไอออนได้เร็วขึ้นและช่วยในความร้อนปรับปรุงความไวของอีลาสโตเมอร์ต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ นักวิทยาศาสตร์พบว่าการตอบสนองทางไฟฟ้าของเซ็นเซอร์นั้นรวดเร็วย้อนกลับและสอดคล้องกันในรอบความร้อนซ้ำ ๆ ประสิทธิภาพของเซ็นเซอร์ได้รับการปรับให้เหมาะสมด้วยน้ำหนัก 10 % IL

ดาวน์โหลดสำเนา PDF ทันที!

อะไรต่อไป?

นักวิทยาศาสตร์แนะนำว่าเซ็นเซอร์ที่มีความละเอียดอ่อนมากเช่นพวกเขาสามารถมีค่าในการสวมใส่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่การตรวจสอบความร้อนแบบเรียลไทม์มีความสำคัญมากขึ้นเรื่อย ๆ เนื่องจากอุปกรณ์มีขนาดเล็กลงและซับซ้อนมากขึ้นการจัดการความร้อนที่มีประสิทธิภาพโดยไม่ต้องเพิ่มแหล่งพลังงานจำนวนมากหรือภายนอกจึงเป็นความท้าทายที่เพิ่มขึ้น

เมื่อมองถึงอนาคตทีมจะตรวจสอบการปรับตัวของความเข้มข้นของ IL กับแอปพลิเคชันเฉพาะทดสอบวัสดุในสภาวะที่รุนแรงมากขึ้นและตรวจสอบการรวมเข้ากับระบบ AI สำหรับการตีความสัญญาณที่ผิดปกติหรือซับซ้อน

การอ้างอิงของวารสาร

Hwang HJ และอื่น ๆ (2025) การตรวจจับด้วยตนเองของอุณหภูมิจริงตามเวลาโดยใช้อิลาสโตเมอร์ไอออนิกยืดหยุ่นบน nanogenerator triboelectric วัสดุการทำงานขั้นสูง– สอง: 10.1002/adfm.202504081