Panduan
Baru-baru ini, tim insinyur dari University of Delaware di Amerika Serikat mengembangkan generasi berikutnya dari kain pintar dengan membuat pelapis komposit tabung nano karbon fleksibel pada serangkaian serat seperti kapas, nilon, dan wol.
Latar Belakang
Seperti banyak barang tradisional, pakaian juga bergerak menuju kecerdasan, yang juga menghasilkan bidang penelitian baru: kain pintar. Kain pintar menandai integrasi lebih lanjut dari industri tekstil tradisional dengan teknologi yang muncul seperti teknologi elektronik, teknologi manufaktur, teknologi sensor, dan teknologi Internet of Things.
Ada banyak bahan untuk membuat kain pintar, tetapi salah satunya yang sangat patut diperhatikan: tabung nano karbon. Tabung nano karbon lebih kuat dari baja dan serat karbon, memiliki konduktivitas yang lebih baik daripada tembaga, dan lebih ringan dari aluminium.
(Sumber gambar: Wikipedia)
Serangkaian sifat yang sangat baik menjadikan tabung nano karbon salah satu bahan kandidat penting untuk kain pintar. Penulis telah memperkenalkan studi kasus penggunaan carbon nanotubes untuk membuat smart fabric Berikut ulasannya:
1) Insinyur di Universitas Cincinnati dan Pangkalan Angkatan Udara Wright-Patterson telah menggunakan tabung nano karbon untuk membuat benang khusus yang dapat ditenun menjadi pakaian yang dapat mengisi daya ponsel pintar.
(Sumber gambar: Universitas Cincinnati)
2) Para peneliti di University of Illinois di Urbana-Champaign telah mensintesis kain carbon nanotube ultra-tipis dengan konduktivitas listrik yang sangat baik dan ketangguhan 50 kali lebih tinggi dari film tembaga.
(Sumber gambar: University of Illinois)
Inovasi
Hari ini, mari kita lihat studi kasus pembuatan kain pintar melalui tabung nano karbon. Baru-baru ini, tim insinyur dari University of Delaware di Amerika Serikat mengembangkan generasi berikutnya dari kain pintar dengan membuat pelapis komposit tabung nano karbon fleksibel pada serangkaian serat seperti kapas, nilon, dan wol.
(Sumber gambar: University of Delaware)
Makalah terkait diterbitkan dalam jurnal "ACS Sensors". Dalam makalah tersebut, para peneliti mendemonstrasikan kemampuan untuk mengukur rentang tekanan yang sangat luas (dari sentuhan ringan ujung jari hingga benturan berat di forklift).
Kain yang dilapisi dengan teknologi penginderaan ini dapat digunakan di "pakaian pintar" di masa depan. Pada "pakaian pintar" ini, sensor dapat disematkan di sol atau dijahit ke pakaian untuk mendeteksi gerakan manusia.
teknologi
Tabung nano karbon memberi lapisan kain yang ringan, fleksibel, dan bernapas ini persepsi yang mengesankan. Saat bahan terjepit, perubahan listrik yang besar pada kain dapat dengan mudah diukur.
Erik Thostenson, profesor dari Departemen Material dan Teknik Mesin dan Departemen Ilmu dan Teknik Material di sekolah tersebut mengatakan: "Sebagai sensor, sensor ini dapat dengan sangat sensitif merasakan kekuatan dari yang lemah hingga kekerasan."
Para ilmuwan menggunakan elektroforetik deposisi (EPD) polietilenimin karbon nanotube difungsikan untuk membuat lapisan nanokomposit konduktif seperti saraf pada serat.
Thostenson berkata: "Film ini berperilaku seperti pewarna dengan fungsi penginderaan listrik. Proses EPD yang dikembangkan dalam eksperimen saya menciptakan lapisan nanokomposit yang sangat seragam, yang dapat menghasilkan daya rekat yang kuat pada permukaan serat. Peran. Untuk aplikasi di masa mendatang, proses ini memiliki skalabilitas industri. "
(Sumber gambar: referensi [2])
Sekarang, peneliti menambahkan sensor ini ke kain melalui metode baru yang melampaui metode pembuatan kain pintar lainnya yang ada. Thostenson, kepala Laboratorium Komposit Multifungsi di Universitas Delaware, mengatakan bahwa teknologi yang ada, seperti melapisi serat dengan logam, atau menenun serat dan benang logam bersama-sama, mengurangi kenyamanan dan daya tahan kain.
Lapisan nanokomposit yang dikembangkan oleh tim peneliti Thostenson bersifat fleksibel dan nyaman, dan telah diuji pada berbagai serat alami dan sintetis, termasuk Kevlar, wol, nilon, spandeks, dan poliester. Ketebalan lapisan tersebut hanya 250 nanometer hingga 750 nanometer, yaitu sekitar 0,25% hingga 0,75% dari ketebalan selembar kertas, dan hanya menambah berat satu gram untuk sepatu atau pakaian. Selain itu, bahan yang digunakan untuk pembuatan pelapis sensor berbiaya rendah dan relatif ramah lingkungan karena dapat diolah dengan air sebagai pelarut pada suhu kamar.
(Sumber gambar: University of Delaware)
nilai
Salah satu aplikasi potensial dari kain berlapis sensor ini adalah untuk mengukur kekuatan kaki orang saat berjalan. Data ini dapat membantu dokter menilai ketidakseimbangan fisik yang disebabkan oleh cedera pasien, atau untuk mencegah cedera pada atlet. Secara khusus, tim peneliti Trotenson bekerja sama dengan Jill Higginson, profesor dari Departemen Teknik Mesin di Universitas Delaware dan direktur Laboratorium Biomekanik Neuromuskuler. Tujuan mereka adalah untuk mempelajari perbedaan antara sensor yang tertanam dalam sepatu dan teknologi laboratorium biomekanik seperti treadmill dan perangkat penangkap gerak.
Selama pengujian laboratorium, orang tahu bahwa mereka sedang diamati, tetapi di luar laboratorium, perilakunya mungkin tidak sama.
Thostenson berkata: "Salah satu gagasan kami adalah bahwa kami dapat menggunakan kain baru ini di luar laboratorium untuk berjalan di jalan, di rumah, dan di mana saja."
Sagar Doshi, seorang mahasiswa PhD di Departemen Teknik Mesin, Universitas Delaware, adalah penulis utama makalah ini. Dia membuat sensor ini, mengoptimalkan sensitivitasnya, menguji sifat mekaniknya, dan mengintegrasikannya ke dalam sandal dan sepatu lainnya. Dia memakai sensor ini dalam percobaan pendahuluan. Sejauh ini, data yang dikumpulkan oleh sensor ini dapat dibandingkan dengan data yang dikumpulkan oleh pelat gaya (perangkat laboratorium berharga beberapa ribu dolar).
Doshi berkata: "Karena sensor berbiaya rendah ini tipis dan fleksibel, diharapkan dapat dibuat menjadi sepatu dan pakaian lain yang disesuaikan. Selama kehidupan sehari-hari, sepatu dan pakaian ini mengintegrasikan perangkat elektronik untuk menyimpan data. Kemudian, peneliti atau terapis. Data ini dapat dianalisis untuk mengevaluasi kinerja pemakainya dan pada akhirnya mengurangi biaya perawatan kesehatan. "
Teknologi ini juga diharapkan dapat digunakan dalam pengobatan olahraga, pemulihan pasca operasi, dan penilaian gangguan gerak pada anak.
Direktur Pusat Penelitian dan Pengembangan Klinis Pediatrik di Rumah Sakit Nemours-Alfred I. duPont untuk Anak-anak, Wilmington, Delaware, Departemen Ilmu dan Teknik Material, Teknik Biomedis dan Profesor Robert Akins dari Departemen Ilmu Biologi mengatakan: "Di lingkungan nyata dan selama periode waktu tertentu, sangat sulit untuk mengumpulkan data pergerakan anak-anak. Sensor yang tipis, fleksibel, dan sangat sensitif akan membantu terapis fisik dan dokter mengevaluasi anak-anak dari jarak jauh. Ini berarti bahwa dokter dapat menggunakan metode berbiaya rendah untuk mengumpulkan lebih banyak data dan lebih baik. Dibandingkan dengan metode saat ini, kunjungan rawat jalan akan lebih sedikit. "
Kerja sama interdisipliner sangat penting untuk pengembangan aplikasi di masa depan. Para insinyur di Universitas Delaware diberi kesempatan unik untuk bekerja dengan fakultas dan mahasiswa dari Sekolah Ilmu Kesehatan di kampus STAR Universitas Delaware.
Doshi berkata: "Sebagai insinyur, kami mengembangkan bahan dan sensor baru, tetapi kami tidak selalu memahami masalah yang dihadapi oleh dokter, terapis fisik, dan pasien. Kami bekerja dengan mereka untuk memecahkan masalah yang mereka hadapi, atau menggunakan masalah yang sudah ada. Rencana tersebut memandu mereka, atau membuat rencana inovatif untuk memecahkan masalah. "
Tim peneliti Thostenson juga menggunakan sensor berbasis nanotube untuk aplikasi lain, seperti pemantauan kesehatan struktural.
Thostenson, anggota fakultas di University of Delaware Center for Composites (UD-CCM), dan tim peneliti teknik sipilnya telah mengembangkan sensor tabung nano karbon fleksibel untuk mendeteksi retakan di jembatan dan struktur besar lainnya. Thostenson berkata: "Untuk waktu yang lama, kami telah mempelajari karbon nanotube dan sensor komposit berbasis nanotube. Mengenai material komposit, satu hal yang selalu menarik perhatian saya adalah kami merancang material komposit dengan panjang yang berbeda, mulai dari bagian makroskopis. Agregat, seperti pesawat terbang atau sayap, dan suku cadang mobil, sampai ke struktur kain atau tingkat serat. Kemudian, penyempurnaan nano, seperti tabung nano karbon dan graphene, membawa kita ke tingkat di mana kita dapat menyesuaikan struktur dan sifat fungsional bahan. Meskipun kita Penelitian UD-CCM sangat mendasar, tetapi kami juga fokus pada aplikasi. UD-CCM memiliki sejarah panjang dalam mengubah temuan penelitian dasar di laboratorium menjadi produk komposit melalui mitra industri. "
Kata kunci
Kain pintar, tabung nano karbon, sensor
Referensi
[1] https://www.udel.edu/udaily/2018/august/smart-textiles-nanotube-sensors/
[2] https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssensors.8b00378
- Biro Keamanan Umum Kabupaten Jiaxian, Kota Yulin mengadakan Konferensi Kerja Keamanan Umum Kabupaten 2019
- Penembakan jarak jauh yang hebat + penembakan eksplosif di area terlarang + serangan jarak jauh! Bintang Real Madrid sangat tidak masuk akal
- Alat baru ini menggabungkan optik, chip, dan teknologi perangkat lunak untuk melawan bakteri secara efektif!
- Sedan entry-level mewah Jerman, banyak orang lebih suka duduk di atasnya dan menangis daripada di atas sepeda
- Perangkat pengiriman obat yang fleksibel: akan mempromosikan pengobatan presisi yang dipersonalisasi!
- kabar baik! Wasit Tiongkok boleh memasuki Piala Dunia lebih cepat dari jadwal, tim nasional sepak bola harus bergegas