교토 기술 연구소의 Ishii Yuya 조교수, 국립 선진 산업 과학 기술 연구소의 Nobeshima Daiki 및 연구팀 Uemura Sei의 연구원 인 Nobeshima Daiki의 공동 연구팀 Uemura Sei의 이사는 무엇보다도 폴리 스티렌 (Polystyrene)을 보여 주었던 전 세계에서 첫 번째로 나타나지 않았다 상태, 전기 방사 (주 2)를 사용하여 마이크로 파이버로 전환 될 수 있으며, 경비 전기 재료의 역 압전 (주 3) 라이트닝 바카라과 유사한 전기 기계적 라이트닝 바카라 (역전 성 라이트닝 바카라)을 나타냅니다 또한, 획득 된 압전 라이트닝 바카라은 명백한 압전성을 보여준다d상수 (주 4)가 계산되었으며, 준 정적 전압 적용의 경우 30,000 pm/v를 초과하는 값이 얻어 질 수 있지만 1kHz의 고주파 전압이 적용되는 경우에도 기존의 piezoelectric value보다 유의미한 값이 적용되는 경우에도 밝혀졌다 압전 수지 필름 ≤ 53 pm/v, 납 지르코 네이트 티타 네이트 (PZT) ≤ 700 pm/v] 또한, 처음으로, 우리는이 전기 방사 폴리스티렌 마이크로 화이버 필름으로 얻은 고유 한 역 압전 라이트닝 바카라을 설명하는 수학적 모델을 제안했습니다
압전 효과를 나타내는 수지 나노/마이크로 섬유의 연구 분야에서, 필름 상태에서도 피에 조 전기 효과를 나타내는 소위 압전 수지 (예 : 폴리 비닐 리덴 플루오 라이드)를 사용하여 많은 연구가보고되었다 이 연구에서 우리는 일반 목적 수지 (폴리스티렌)조차 전기 방사에 의해 고급 역 압전 라이트닝 바카라을 나타냅니다 따라서,이 발견은 재료 선택의 범위를 넓히고, 저렴하고 유연하며 우수한 라이트닝 바카라을 갖춘 저렴한 일반 목적 수지, 압력 센서 및 액추에이터를 사용하여 저비용 및 넓은 면적에서 제조 할 수있는 가능성을 보여줍니다 게다가,폴링(주 5)와 같은 치료 후 치료가 필요하지 않기 때문에 제조 공정이 줄어들고 에너지 절약이 필요할 것으로 예상됩니다
ISHII 조교수 및 기타 연구 그룹은 섬유의 유연성을 활용하는 기능적 섬유 재료를 개발하고 있습니다 사물 인터넷 (IoT)의 개발로 의류 및 살아있는 유기체에 착용 할 수있는 장치를 착용 해야하는 수요가 증가하고 있으며 가볍고 기계적으로 유연하며 통기성이있는 기능적 섬유 재료는 이러한 장치에 대한 높은 친화력으로 관심을 끌고 있습니다 다양한 기능 중에서, 압전 효과는 살아체 및 심장 박동의 움직임과 같은 움직임을 캡처하기위한 센서, 진동 및 소리를 출력하기위한 액추에이터로도 사용될 수 있습니다 다양한 용도로 인해 압전 섬유 재료가 널리 필요합니다
폴리 비닐 리덴 불소 (PVDF), 공중 합체 및 폴리 -L- 락트산 (PLLA)과 같은 압전 수지는 경량, 기계적으로 유연한 프리조 전기 물질로 연구되어왔다 압전 수지는 주로 막 형태로 사용되었지만 최근 몇 년 동안 이러한 압전 수지로 만든 나노/마이크로 압전 섬유에 대한 많은 연구가 있었다 그러나, 이들 압전 수지는 제조 공정에서 복잡한 압전 라이트닝 바카라을 개선하기 위해 폴링 및 열처리와 같은 치료 후 치료를 필요로한다 또한, 처리 후에도, 압전 라이트닝 바카라은 납 지르코 네이트 티타 네이트 (PZT)와 같은 세라믹 재료보다 낮았다
ISHII 조교수 등과 다른 사람들은 이전에 전기 방사성에 의해 필름 상태에서 압전 효과를 나타내지 않는 일반적인 목적 수지 (폴리스티렌)가 전기 방사 및 piezoelectric 라이트닝 바카라 (양성 압전(참고 6) 라이트닝 바카라) (교토 기술 연구소와 호쿠리쿠 과학 기술 대학교의 공동 보도 자료(주 7)) 그러나, 기존의 압전 재료는 양성 압전 라이트닝 바카라과 역 압전 라이트닝 바카라을 나타내는 것으로 알려져 있지만, 전기 방사 폴리스티렌 마이크로 화이버 필름이 피에 조전 전기 재료와 같은 역 성 전기 라이트닝 바카라을 나타내는 여부는 아직 명확하지 않았다 또한, 위의 프레젠테이션은 압력이 부드럽게 적용될 때 생성 된 전하의 양을 측정하는 준 정적 압전 라이트닝 바카라 (준 정적 양성 압전 라이트닝 바카라)에 대해서만보고하며, 고주파 무선 주파수의 동적 라이트닝 바카라에 대한 자세한 보고서는 없다
이 상황에서, 교토 기술 연구소의 Ishii Yuya 조교수, Chonthicha Iumsrivun (대학원생), 싱가포르 국립 대학교 (대학원생)의 Yasmin Mohamed Yousry, Seeram Ramakrishna 교수, National Institution of Advanced Science의 Nobeshima Daiki 및 연구원의 연구원 Kokushikan University의 Sakai Hirasuke 부교수, 싱가포르 과학 기술 연구소 (A*Star)의 Kui (A*Star)의 Kui,이 프레젠테이션에서 Yao 최고 연구원의 공동 연구팀은이 프리젠 테이션에서 총재 (폴로 스티렌)가 전시되지 않는이 프리지르 주에 전시되지 않는 것으로 밝혀 졌다고 밝혔다 전기 방사 및 압전 재료의 역 압전 라이트닝 바카라과 유사한 전기 기계적 라이트닝 바카라 (역 압전 라이트닝 바카라)을 나타내며, 이들의 명백한 압전 상수는 매우 높은 값을 나타낸다
구체적으로, 폴리스티렌 (평균 직경 : 48 μm)으로 만든 마이크로 섬유를 하부 전극으로 코팅 된 유리 기판 상에 전기 방사하여 마이크로 화이버 필름을 형성함으로써 직접 증착되었다 다음으로, 금 포일은 상부 전극으로 결합되었고, 적용된 전극 값을 부드럽게 변화시키는 준 전극과 하단 전극 사이에 적용되는 준 전압 및 고주파 전압 전압이 적용되었다 (도 1) 여기서, 적용된 전압과 필름 두께 변화 사이의 관계는이 전압이 레이저 변위계를 사용하여 점 또는 표면에 적용될 때 금 포일의 변위 (섬유 필름의 두께 변화)를 측정함으로써 측정되었다 (도 1) 결과적으로, 광섬유 필름의 두께는 적용된 전압의 양성 및 음의 극성 및 적용된 전압의 절대 값 (도 2A)에 따라 증가하는 것으로 밝혀졌으며 (도 2A), 전기 기계적 라이트닝 바카라 (역 성 전기 라이트닝 바카라)을 나타내는 역 성분 라이트닝 바카라과 유사한 전기성 라이트닝 바카라과 유사하다는 것이 밝혀졌다 특히, 고주파 전압을 측정 할 때, 상부 전극 인 금 포일이 고주파 전압으로 우수한 추적으로 표면에서 부착되고 상승하고 떨어 졌다는 것이 확인되었다 (도 2B) 역 압전 라이트닝 바카라으로부터 얻은 명백한 압전 라이트닝 바카라d상수가 계산되었으며, 준 정적 전압 적용을 갖는 30,000 pm/v보다 큰 값과 1 kHz의 고주파 전압이 적용될 때에도 약 13,000 pm/v의 값이 전통적인 piezoelectric 재료보다 현저히 높다는 것이 밝혀졌습니다 (그림 3)
다음으로, 우리는 전기 방사 폴리스티렌 마이크로 화이버 필름으로 얻은 역 압전 라이트닝 바카라을 설명하기위한 세계 최초의 수학적 모델을 제안했습니다 지금까지 Ishii 조교수와 다른 사람들은 섬유 필름의 상단 주위에서 긍정적 인 전하가 수행되고, 하단 주위에서 음전 전하가 수행되는 전기 방사 방법에 의해 생성 된 폴리스티렌으로 만든 마이크로 화이버 필름을 가지고 왔습니다Electret(주 8) (주 7) (하부 전극 코팅 된 유리 기판 측면은 하단으로 지칭된다) 또한,이 프리젠 테이션에서는이 독특한 충전 상태를지지하는 히스테리시스 라이트닝 바카라을 섬유 필름을 사용하여 처음으로 측정했다 이 충전 상태를 단순히 모델링하고 상부 및 하부 전극에서 유도 된 유도 전하의 양과 두 전극 사이에 생성 된 힘의 양을 고려함으로써, 우리는 위에서 언급 한 단수 역전 성 라이트닝 바카라을 설명하는 수학적 모델을 구성 하였다 역 압전 라이트닝 바카라의 측정 데이터는 수학적 모델을 사용하여 장착되고 섬유 필름을 사용합니다효과적인 표면 전하 밀도(주 9) 및젊은 순간(주 10)는 그것이 잘 충전되었고 매우 부드러운 라이트닝 바카라을 가지고 있다고 제안했다 (Young 's Modulus : 14 kPa) 수학적 모델에 나타나는 압전d상수는 효과적인 표면 전하 밀도에 비례하고 섬유 필름의 젊은 모듈러스에 반비례하며, 전기 방사 폴리 스티렌 마이크로 화이버 필름으로 얻은 높은 명백한 압전d상수는 잘 충전되고 매우 부드러운 라이트닝 바카라에서 파생 된 것으로 생각됩니다 (그림 3)
12194_12264d지속적인 비교도 이루어졌습니다 결과적으로, 역 압전 라이트닝 바카라으로부터 계산 된 명백한 압전은 다음과 같습니다d우리는 상수가 더 높은 값을 나타내는 것을 발견했습니다 이것은 양성 압전 라이트닝 바카라을 측정 할 때 적용됩니다예비 부하(참고 11)은 매우 부드러운 섬유 필름이 예압 단계에서 이미 압축되어 섬유 필름의 밀도와 경화를 초래하기 때문에 생각됩니다 다시 말해, 역 압전 라이트닝 바카라으로부터 계산 된 명백한 압전성d상수는 마이크로 화이버 필름의 원래 명백한 압전입니다d상수의 값을 나타내는 것으로 생각됩니다
이 발견은 재료 선택의 범위를 넓히고, 저렴한 무게, 유연성 및 우수한 라이트닝 바카라을 가진 저렴한 일반 목적 수지, 압력 센서 및 액추에이터를 사용하여 저비용의 넓은 영역에서 제조 할 수 있다는 가능성을 보여줍니다 또한 폴링과 같은 후 처리가 필요하지 않기 때문에 제조 공정이 줄어들고 에너지 절약 될 것으로 예상됩니다 앞으로, 우리는 전기 방사 폴리스티렌 마이크로 화이버 멤브레인으로 표현 된 독특한 압전 라이트닝 바카라의보다 상세한 메커니즘을 계속 탐색하고, 웨어러블 생물학적 모션 센서 및 액추에이터로서 응용을 개발하는 것을 목표로 할 것이다
자금 조달 기관 :
- 교육부 문화, 스포츠, 과학 및 기술 탁월한 연구원 프로젝트
- JSPS Scientific Research No 19K15421
- Mazda Foundation, Public Interusted Foundation, 34th Mazda Research Grant
이 발표와 관련된 특허 :
- [발명 이름] 발전 요소의 생성 요소 및 제조 방법 [응용 프로그램 번호] 일본 응용 프로그램 2019-072448
- [본 발명 이름] 플라스틱 나노 섬유 및 광 섬유 및 플라스틱 나노 섬유 제조 방법 [응용 번호] 일본 특허 출원 2016-39381
그림 1 역 압전 라이트닝 바카라 측정 방법 개요
그림 2 (a) 전기 전극이 전기 방사 폴리스티렌 마이크로 화이버 필름 (준 정적 역 압전 라이트닝 바카라)에 부드럽게 적용 될 때 상부 전극 (금 포일)의 변위 (b) 고주파 (1kHz) AC 전압이 전극 사이에 적용되는 경우 3D 변위 이미지 (최대 변위)
그림 3이 프리젠 테이션의 폴리 슈티렌 마이크로 화이버 필름의 명백한 압전 재료 및 전기 방사d상수 및 영률
잡지 이름 :거대 분자 빠른 통신
doi :https : //dxdoiorg/101002/marc202000218(2020 년 6 월 29 일 초에 온라인으로 게시 됨
용지 제목 : 전자 역학적으로 활성 전자 전기 폴리스티렌 섬유 매트 : 상당히 높은 준 성적/동적 전기 기계적 응답 및 이론적 모델링
저자 : Yuya Ishii, Yasmin Mohamed Yousry, Taiki Nobeshima, Chonthicha Iumsrivun, Heisuke Sakai, Sei Uemura, Seeram Ramakrishna 및 Kui Yao
참고 : 거대 분자 빠른 통신에 게시 된 볼륨 및 문제의 전면 커버로 선택되었습니다 볼륨과 문제가 부여되면 앞 표지는 공개됩니다