国際研究グループは、圧電複合材料と、繊維の方向にのみ強度をもたらす異方性材料である一方向性炭素繊維 (UDCF) を組み合わせることにより、新しい高強度のフレキシブル デバイスを開発しました。この新しいデバイスは人間の動きからの運動エネルギーを電気に変換し、高強度の自己電源センサーに効率的で信頼性の高い手段を提供します。

グループの研究の詳細は雑誌に掲載されました小さい2023 年 12 月 14 日。

モーションディクションには、人間の動きからのエネルギーを測定可能な電気信号に変換することが含まれており、これは、持続可能な未来。

「防護服からスポーツ用品に至るまで、日用品がIoT（モノのインターネット）の一環としてインターネットに接続されており、その多くにはデータを収集するセンサーが搭載されています」と研究論文の共著者である成田文雄氏は語る。東北大学大学院環境学研究科教授。「そして、これらのIoTデバイスを個人用機器に効果的に統合するには、耐久性と柔軟性を確保するための電源管理と材料設計における革新的なソリューションが必要です。」

物理的ストレスがかかると電気を生成する圧電材料の能力のおかげで、機械エネルギーを利用できます。その間、炭素繊維航空宇宙産業や自動車産業、スポーツ用品などの用途に適しています。医療機器その耐久性と軽さのため。

「私たちは、個人用保護具は、カーボンファイバーと圧電複合材料の組み合わせを使用して柔軟に作られており、快適性、耐久性、センシング機能を提供できる可能性があります」と成田氏は言います。

グループが捏造したのは、デバイス一方向炭素繊維織物 (UDCF) とニオブ酸カリウムナトリウム (KNN) ナノ粒子をエポキシ (EP) 樹脂と混合して使用します。UDCF は電極と方向性補強材の両方として機能しました。

いわゆる UDCF/KNN-EP デバイスはその期待に応えました。テストにより、維持できることが判明しました高性能1,000回以上引き伸ばしても大丈夫。

他の柔軟な素材と比較して、繊維方向に沿って引っ張った場合にはるかに高い負荷に耐えられることが証明されています。さらに、衝撃や繊維方向に垂直な伸びを受けた場合、エネルギー出力密度の点で他の圧電ポリマーを上回ります。

UDCF/KNN-EP の機械的および圧電的応答は、大阪工業大学の上辻教授のグループと共同でマルチスケール シミュレーションを使用して解析されました。

UDCF/KNN-EP は、柔軟な自己電源型 IoT センサーの開発を促進し、高度な多機能 IoT デバイスにつながります。

成田氏と彼の同僚は、画期的な技術進歩に興奮しています。

「CF/KNN-EP はスポーツ用品に統合され、野球のキャッチによる衝撃と人の歩数を正確に検出しました。私たちの研究では、CF の高い強度を活用して、バッテリー不要のセンサーの持続可能性と信頼性を向上させながら、バッテリー不要のセンサーを維持しました。」その方向性の伸縮性は、動作検出の分野における将来の研究に貴重な洞察と指針を提供します。」