Thermal drawing of low-dimensional material-integrated triboelectric fibers for healthcare applications

Esnek giyilebilir cihazların ve sensörlerin sağlık hizmetlerinde devrim yaratma potansiyeli, gerçek zamanlı izlemeyi kolaylaştırma yeteneklerinde yatmaktadır. Ancak, bu giyilebilir sensörlerin çoğu yoğun enerji tüketicileridir ve büyük enerji depolama cihazlarının gerekliliği, kabul edilebilirliklerini önemli ölçüde engellemektedir. Şu anda mevcut algılama cihazları çoğunlukla, nefes alabilirliği olmayan film bazlı cihazlar kullanılmakta olup, bu durum bunların yaygın sağlık uygulamalarında uygulanabilirliklerini azaltmaktadır. Triboelektrik nanojeneratörler (TENG'ler), triboelektrifikasyon ve elektrostatik indüksiyonun sinerjik süreçleriyle mekanik ve biyomekanik enerjiyi elektrik çıkışına dönüştüren, çevresel açıdan sürdürülebilir cihazlardır. Bu cihazlar, düşük frekanslı mekanik ve biyomekanik enerjiyi etkili bir şekilde toplar ve kendi kendine çalışan algılamayı mümkün kılar. TENG performansı, yüksek spesifik yüzey alanına sahip düşük boyutlu malzemelerin esnek ferroelektrik polimerlere dahil edilmesiyle artırılabilir. Ferroelektrik poliviniliden florür (PVDF) ve kopolimerleri, yüksek dielektrik sabitleri ve yüksek derecede elektronegatif flor iyonlarının bolluğu nedeniyle oldukça avantajlıdır. Çeşitli düşük boyutlu malzemeler, PVDF'nin polar gruplarıyla etkileşime girebilir ve bunları elektroaktif fazlara uyacak şekilde yeniden yönlendirebilir. Ayrıca bu malzemeler mikro kapasitörler oluşturabilir ve nanokompozitin yüzey özelliklerini modüle edebilir. Bu tezde, kendi kendine enerji üretme yeteneğine ve tekstil olarak nefes alabilirliğe sahip triboelektrik nanojeneratörle entegre bir tekstil fiberi hazırlayarak sorunu ele almayı amaçlıyoruz. Bu çalışmada, kesintisiz triboelektrik fiberlerin hazırlanmasında termal çekme işlemi üretim platformu olarak kullandık. Triboelektrik özellikleri geliştirmek için PVDF matrisine grafen nanoplatelet (GNP) ve Molibden disülfit (MoS2) eklenmesi yapılmıştır. Termal olarak çekilmiş nanokompozit fiberlerin β fazları önemli bir gelişme göstermektedir ve %1, %3, %5 GNP entegrasyonu ile %37,6, %39,5 ve %43,3'e yükseltilmiştir. MoS2 durumunda, β fazı ağırlıkça %3 MoS2 miktarı ile %47,5'e yükselir; ancak, β fazı ağırlıkça %3 MoS2'nin ötesinde azalmaktadır. Nanokompozit TENG lifleri gelişmiş triboelektrik özellikler göstermektedir. Fiberler kritik sağlık uygulamalarında kullanılmalarını mümkün kılacak şekilde üstün hassasiyet, esneklik ve dayanıklılık göstermektedir.