強靭かつ高耐久なMXene誘起細菌セルロースマクロファイバーを用いたAIoTテキスタイルエレクトロニクス

科学分野:

• 材料科学
• テキスタイル工学
• ナノテクノロジー

背景:

• テキスタイルエレクトロニクスは、人工知能IoT（AIoT）にとって重要ですが、しばしば堅牢な界面相互作用、機械的強度、および安定性が不足しています。
• 既存の研究では、導電性材料と高度な繊維構造の相乗効果を組み合わせて性能を向上させることは十分に探求されていません。

研究 の 目的:

• 優れた機械的および電気的特性を持つ多機能コアシェルマクロファイバーを作製すること。
• 高性能テキスタイルベースのトライボエレクトリックナノジェネレータ（TENG）および液体センシングデバイスを開発すること。
• AIoTアプリケーションにおけるこれらの高度なファイバーの可能性を探求すること。

主な方法:

• 架橋官能基化されたMXene/PEDOT:PSS導電性インクを配向細菌セルロース（BC）と統合することにより、均一なコアシェルマクロファイバーを作製しました。
• 機械的特性（引張強度、ヤング率）、導電性、および疎水性を特徴づけました。
• テキスタイルベースのトライボエレクトリックナノジェネレータ（PKT-TENG）および液体センシングアレイを作製し、テストしました。

主要な成果:

• 作製されたマクロファイバーは、優れた機械的特性（引張強度433.2 MPa、ヤング率25.9 GPa）と導電性（10.05 S cm⁻¹）を示します。
• 得られたPKT-TENGは、最大開回路電圧272.54 V、電力密度86.29 mW m⁻²の高い性能を示し、市販の電子機器に電力を供給できます。
• 耐久性のある疎水性マクロファイバーは高いピエゾ抵抗感度を示し、抵抗変化による液体運動機能のリアルタイムモニタリングを可能にします。

結論:

• 開発されたMXene/PEDOT:PSSおよびBC複合ファイバーは、高度なテキスタイルエレクトロニクス向けの超高強度な機械的能力と高導電性を提供します。
• この研究は、AIoTフレームワーク内での高性能センシングデバイスおよびインテリジェント製造アプリケーションの設計に新たな道を開きます。
• 本研究は、機能化された導電性インクとバイオポリマーを統合することにより、堅牢で多用途なスマートテキスタイルの可能性を強調しています。