11 년 2020 월 XNUMX 일 (나노 워크 스포트라이트) Kevlar는 뛰어난 기계적 성능 덕분에 직물(예: 방탄 조끼 또는 소방관 보호복)에서 견고한 합성물(예: 자동차 갑옷 도금)에 이르기까지 다양한 중요한 보안 응용 분야를 발견한 잘 알려진 고강도 폴리머입니다. 다기능, 즉 '스마트'한 차세대 보호복을 준비하십시오. 이러한 물질은 부상으로부터 인체를 보호할 수 있을 뿐만 아니라 생리적 신호를 모니터링하고 가스, 병원체 또는 방사선과 같은 잠재적인 위험을 감지하는 것과 같은 지능적인 기능을 가질 수 있습니다. '똑똑한' 의복을 제작하기 위해서는 기능성 소재와 섬유 또는 텍스타일을 결합하는 것이 필요합니다. 나노피니싱 다음과 같은 다양한 나노 물질이 탄소 나노 튜브, 그래핀 또는 은 나노와이어를 직물에 증착할 수 있습니다. "일반적으로 이러한 방법에는 다단계 경로와 시간 소모적인 전구체 준비 처리가 필요합니다." 장 잉잉, 베이징의 Tsinghua University 화학과 및 나노 및 마이크로 역학 센터(CNMM) 부교수가 Nanowerk에 설명합니다. "따라서 특히 임의의 패턴이나 맞춤 설계된 기능이 있는 지능형 보호복을 간단한 접근 방식으로 제작하는 것은 여전히 어려운 일입니다." 2014년에 Rice University의 연구원들은 유연하고 패턴이 있는 다층 시트를 만들었습니다. 그래 핀 컴퓨터로 제어되는 레이저로 값싼 폴리머를 태워 레이저 유도 그래핀 (LIG). 이 고수율 및 저비용 그래핀 합성 공정은 상온의 공기 중에서 작동하며 뜨거운 용광로 및 제어된 환경이 필요하지 않으며 전자 제품 또는 에너지 저장에 적합한 그래핀을 만듭니다. "폴리이미드, 나무 또는 종이에 그래핀을 준비하기 위한 이 레이저 쓰기 방법은 간단하고 효율적이며 디자인 유연성이 있습니다."라고 Zhang은 말합니다. "직물에 유사한 폴리머 구조가 있다는 사실에 기초하여 레이저 라이팅 기술이 폴리머 섬유에 적용될 수 있다는 가설을 세웠으며, 이는 그래핀 기반 섬유 전자 장치의 손쉬운 제작을 가능하게 합니다." 에 발표된 새로운 논문에서 ACS 나노 ("지능형 보호복을 위한 Janus Graphene/Kevlar 섬유의 레이저 쓰기"), Zhang과 그의 팀은 Kevlar 직물에 레이저 유도 그래핀을 직접 쓰는 것을 보고합니다.
레이저 라이팅에 의해 유도된 Kevlar 직물의 그래핀 형성. (a) Kevlar에서 그래핀/Kevlar 직물 제조의 개략도. (b) 새 모양으로 패터닝된 LIG의 SEM 이미지. (c) 사람의 측면 얼굴 모양으로 패터닝된 LIG의 디지털 이미지. (American Chemical Society의 허가를 받아 재인쇄됨) (확대하려면 이미지를 클릭) 팀에 따르면 Kevlar가 그래핀으로 변형된 것은 CO에 의해 유도된 광열 효과 때문일 수 있습니다.2 레이저 조사. 특히, 이로 인해 국부적으로 높은 온도가 발생하여 Kevlar 섬유의 절제 및 해중합이 발생했습니다. 나머지 탄소 원자는 재결합되어 그래핀으로 '재결정화'됩니다. 그들이 명명한 것 야누스 그래핀/케블라 직물 – 전면에 다공성 그래핀, 후면에 케블라 섬유가 있는 – 공기 중에서 준비할 수 있습니다. 그래핀이 직물에서 박리되는 것을 방지하기 위해 연구원들은 사전 경화된 Ecoflex를 처리된 직물 표면에 떨어뜨려 그래핀을 고정하고 캡슐화하는 매우 얇은 코팅을 형성했습니다. 공기 조건에서 상업용 섬유로부터 그래핀을 직접 작성하는 것은 간단하고 효율적이며 유연한 설계가 가능하며 비용 효율적이고 맞춤 설계된 섬유 전자 제품 개발을 위한 새로운 길을 열어줍니다. 예를 들어, 유연한 슈퍼 커패시터 및 센서와 같은 섬유 전자 제품의 제조를 위한 다양하고 신속한 경로를 제공합니다 현장 인간의 생리학적 상태 모니터링. "이 작업 전에 우리는 직물이 공기 조건에서 그래핀으로 변형될 수 있다는 것을 몰랐습니다."라고 Zhang은 지적합니다. “우리 연구 그룹은 새로운 유연하고 착용할 수 있는 재료와 전자 장치의 설계 및 제조에 중점을 둡니다. 최근 몇 년 동안 우리는 나노카본과 실크 재료로 만든 섬유 및 섬유 전자 재료 개발에 많은 관심을 가졌습니다. 인체 공학적으로 인체 공학적으로 정확하고 뛰어난 성능을 갖춘 유연한 전자 장치를 개발하는 것이 우리의 목표입니다. Kevlar에서 레이저 쓰기 프로세스를 실험할 수 있었습니다.” 이 기술을 기반으로 실크와 면과 같은 다양한 상업용 직물에 다양한 유형의 유연한 전자 장치를 준비하는 것이 가능해집니다. 이것은 다기능 섬유 전자 제품의 효율적이고 맞춤화된 준비를 가능하게 할 것입니다. 공기 조건에서 상업용 직물의 그래핀 레이저 직접 기록은 유연한 슈퍼 커패시터 및 센서와 같은 섬유 전자 장치의 제조를 위한 다양하고 신속한 경로를 제공합니다. 생명공학, 가상현실, 인공지능 등 급부상하는 기술의 대중화로 웨어러블 기기에 대한 수요가 급증하고 있습니다. 그들은 우리가 의사소통하는 방식, 생리적 기능 및 환경 데이터를 모니터링하고 치료를 관리하는 방식을 바꿀 것입니다. "미래의 웨어러블 전자 장치는 인체 공학적으로 정확하고 인체에 안전해야 하며 이식 가능해야 합니다."라고 Zhang은 결론지었습니다. “이 분야에서 활동하는 연구원들은 센서, 디스플레이, 배터리, 무선 송신기 등과 같은 개별 전자 장치를 완전한 유연한 시스템에 통합하고 최종적으로 의류 또는 의료용 임플란트와 통합하는 방법을 더 탐구해야 합니다. 이러한 야심찬 목표를 달성하려면 다양한 배경을 가진 연구원과 엔지니어가 재료 준비, 에너지 장치, 전자 설계 및 제조, 데이터 처리, 패키징 기술, 의료 기술 등의 모든 측면과 관련된 문제를 해결하기 위해 협력해야 합니다.”
By 마이클 버거 - 마이클은 왕립 화학 협회 (Royal Society of Chemistry)의 세 권의 책을 저술했습니다.나노 사회 : 기술의 경계를 넓히다,
나노 기술 : 미래는 작다및
나노 엔지니어링 : 기술을 보이지 않게하는 기술과 도구
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