Nylon sa zdá byť materiál voľby pre piezoelektrické textílie, pretože textilný priemysel založený na nylon bol veľmi zrelý, a nylon má tiež pohodlné piezoelektrické krištáľové fázy. Ak na to poklepte, dostanete dokonalú akumuláciu náboja. Snímanie tlaku a zber energie z environmentálneho pohybu.
Avšak, to nie je jednoduché vytvoriť nylon do vlákna a zároveň mu piezoelektrickej kryštálovej štruktúry. Kamal Asadi, výskumník na Max Planck Institute for Polymer Research v Nemecku a profesor na University of Bath vo Veľkej Británii, vysvetlil: "To je takmer výzva pre pol storočia." V nedávnej správe "Advanced Functional Materials" on a jeho spolupracovníci opísali, ako problém vyriešili.
Piezoelektrická fáza nylonu je atraktívna nielen pre elektronické textílie, ale atraktívna aj pre rôzne elektronické zariadenia, najmä pre tradičnú piezoelektrickú keramiku s vysokou krehkosťou. Po celé desaťročia je však jediným spôsobom, ako vyrobiť kryštalický nylon so silnou piezoelektrickou reakciou, roztaviť ho, rýchlo vychladnúť a potom ho natiahnuť, aby sa kondenzuje do hladkej δ'phase. Výsledná štruktúra je zvyčajne desiatky mikrónov tlstý, ktorý je príliš silný pre elektronické zariadenia alebo elektronické textilné aplikácie.
Existencia "piezoelektrického správania" vyplýva zo amidových skupín na opakuteľných jednotkách v nylonovom polymérovom reťazci a interakcie medzi nimi a amidovými skupinami na priľahlých reťaziach. Keď tieto amidy voľne zladiť svoje stožiare s elektrickým poľom, je možné využiť piezoelektrický účinok v materiáli, ktorý bol prvýkrát pozorovaný už v roku 1980. Avšak to, čo sa deje vo väčšine kryštalickej fázy nylonu je, že tieto amidy tvoria silné vodíkové väzby s amidy na iných polymérnych reťazcov, zamykanie ich pozície a zabrániť im v preorientovaní a zarovnanie. Preto je výzvou, ktorej čelíme, nájsť spôsob, ako vytvoriť fázu, ktorá umožní, aby sa amid voľne preorientoval bez obmedzenia morfológie, ktorú produkuje počas topenia, chladenia a strečingu.
Keď väčšina výskumných skupín na svete sa vzdala úsilia o výrobu piezoelektrických filmov alebo vlákien v roku 1990, Asadiho skupina prišla k "vynikajúcemu študentovi textilného inžiniera" Saleemovi Anwarovi, čo podnietilo Asadiho, aby venoval pozornosť tomuto problému. . Výskumníci najprv zvažovali základné faktory pre výrobu nylonu vo fáze so silnými piezoelektrickými vlastnosťami. Spôsob topenia, chladenia a strečingu závisí od rýchlo sa ochladzovania nylonu, takže Asadi a Anwar a ich spolupracovníci študovali, ako dosiahnuť rovnaký účinok rozpustením nylonu v rozpúšťadle a potom rýchlym extrakciou rozpúšťadla. Rozpúšťadlá však majú tendenciu rozpúšťať nylon tým, že útočia na vodíkové väzby medzi amidmi a tvoria vodíkové väzby vo svojich polohách, takže je takmer nemožné zbaviť sa rozpúšťadla.
Jedného dňa, keď Anwar používa acetón upratať po experimente, povedal Asadi podivné pozorovanie, že sa snažil použiť kyselinu trifluórocetovú (TFA) ako rozpúšťadlo na výrobu nylonového filmu a urobil prielom. Pretekajúce nylonové riešenie sa stalo priehľadným. Tím mal podozrenie, že náhla priehľadnosť musí naznačovať reakciu, a tak použili kyselinu trifluórocetovú a acetón na dosiahnutie roztoku a pokúsili sa ho použiť na spracovanie nylonu. Iste dosť, nasledujúci týždeň, výskumníci získali požadované výsledky.
Anwar náhodou objavil vodíkové puto medzi acetónom a TFA, čo je jeden z najsilnejších vodíkových väzieb známych vo vedeckej komunite. Preto, keď výskumníci šíriť riešenie na high-vákuové substrát odparí rozpúšťadlo, ako Asadi povedal: "Je to skoro ako acetón drží TFA molekuly za ruku, čím je z nylonu, vytvára piezoelektrické krištáľové fázy."
Výskumník bol prvý, kto produkoval nylonový film so silnou piezoelektrickou odpoveďou. Ale to nie je úplne vyriešiť problém výroby vlákien, pretože výrobná metóda je stále nezlučiteľná s vysokým vákuom. Takže študovali iné spôsoby, ako kontrolovať rýchlosť extrakcie rozpúšťadla. Zamerali sa na výrobu vlákien elektrospinningom. V elektrospinningovom procese elektrické pole priťahuje polymérový roztok do vlákien s priemerom menším ako desiatky nanometrov na šírku. Vysoký pomer plochy vlákna produkuje vysokú extrakciu rozpúšťadlom. Sadzba. Potom je kľúčom k tomu, aby sme to vyvážili viskozitou polymérového roztoku a elektrospinningových podmienok tak, aby iné faktory nebránili tvorbe vlákien v δ'stage.
Výskumníci zistili, že vlákna asi 200 nanometrov široký majú "sladkú škvrnu" medzi konkurenčnými faktormi. Výsledky merania potenciálu vytvoreného pri periodickej mechanickej šok s frekvenciou 8 Hz ukazujú, že 200-nanometrové vlákno δ'phase vytvára 6 V, zatiaľ čo užšie vlákno vytvára menej ako 0,6 V kvôli týmto šírkám. Faktory súvisiace s tesnosťou spôsobujú, že fáza vytvorená vláknom nemá piezoelektrickú odpoveď.
V skutočnosti, v širokom vlákne okolo 1000nm, vlákno je príliš silný na extrakciu rozpúšťadla efektívne a rýchlo. Nylon tvorí γ kryštalickej fázy len so slabou piezoelektrickou odpoveďou. V hrubších vláknach je piezoelektrická reakcia fázy γ slabá, čo je do určitej miery kompenzované väčším objemom vlákien, čo má za následok 4V potenciál. Avšak, 200nm δ'phase vlákno má stále výhodu citlivejšie reakcie.
