Čini se da je najlon materijal za odabir piezoelektričnog tekstila, jer je tekstilna industrija koja se temelji na najlonu bila vrlo zrela, a najlon ima i prikladnu piezoelektričnu kristalnu fazu. Ako je dodirnete, dobit ćete savršenu akumulaciju naboja. Osjetnik pritiska i prikupljanje energije iz kretanja u okolišu.
Međutim, nije jednostavno oblikovati najlon u vlakno, dajući mu pritom piezoelektričnu kristalnu strukturu. Kamal Asadi, istraživač s Instituta Max Planck za istraživanje polimera u Njemačkoj i profesor na Sveučilištu Bath u Velikoj Britaniji, objasnio je:" To je gotovo izazov za pola stoljeća." U nedavnom" Napredni funkcionalni materijali" izvješću, on i njegovi suradnici opisali su kako su riješili problem.
Piezoelektrična faza najlona nije privlačna samo elektroničkom tekstilu, već je privlačna i različitim elektroničkim uređajima, posebno za tradicionalnu piezoelektričnu keramiku s velikom krhkošću. Međutim, desetljećima je jedini način za proizvodnju kristalnog najlona s jakim piezoelektričnim odzivom rastopiti ga, brzo ohladiti i zatim istezati da se kondenzira u glatku δ' fazu. Rezultirajuća struktura obično je debela desetine mikrona, što je pregusto za primjenu u elektroničkoj opremi ili elektroničkom tekstilu.
Postojanje&"; piezoelektrično ponašanje GG"; potječe od amidnih skupina na ponavljajućim jedinicama u najlonskom polimernom lancu i interakcije između njih i amidnih skupina na susjednim lancima. Kada ovi amidi slobodno poravnaju svoje dipole s električnim poljem, moguće je iskoristiti piezoelektrični efekt u materijalu, koji je prvi put primijećen već 1980-ih. Međutim, ono što se događa u većini kristalnih faza najlona jest da ti amidi tvore jake vodikove veze s amidima na drugim polimernim lancima, zaključavajući njihov položaj i sprečavajući ih da se preorijentiraju i poravnaju. Stoga je izazov s kojim se suočavamo pronaći način da proizvedemo fazu koja omogućava amidu da se slobodno preorijentira bez ograničavanja morfologije koju stvara tijekom topljenja, hlađenja i istezanja.
Kad je većina istraživačkih skupina na svijetu 1990-ih odustala od napora za proizvodnju piezoelektričnih filmova ili vlakana, Asadijeva skupina došla je do GG-a; Saleem Anwar, što je ponukalo Asadija da obrati pažnju na ovo pitanje. . Istraživači su prvo razmotrili osnovne čimbenike za proizvodnju najlona u fazi s jakim piezoelektričnim svojstvima. Način topljenja, hlađenja i istezanja ovisi o brzo hlađenju najlona, pa su Asadi i Anwar i njihovi suradnici proučavali kako dobiti isti učinak otapanjem najlona u otapalu, a zatim brzim ekstrahiranjem otapala. Međutim, otapala teže otapati najlon napadajući vodikove veze između amida i stvaraju vodikove veze na njihovim položajima, pa je otapala gotovo nemoguće riješiti.
Jednog dana, kada je Anwar koristio aceton za čišćenje nakon eksperimenta, rekao je Asadiju neobično zapažanje da je pokušao koristiti trifluoroctenu kiselinu (TFA) kao otapalo za proizvodnju najlonskog filma i napravio proboj. Prelivena najlonska otopina postala je prozirna. Tim je sumnjao da iznenadna prozirnost mora ukazivati na reakciju, pa su za izradu otopine koristili trifluorooctenu kiselinu i aceton i pokušali je koristiti za obradu najlona. Svakako, sljedećeg tjedna istraživači su postigli željene rezultate.
Anwar je slučajno otkrio vodikovu vezu između acetona i TFA, koja je jedna od najjačih vodikovih veza poznatih u znanstvenoj zajednici. Stoga, kada su istraživači raširili otopinu na supstratu s visokim vakuumom kako bi isparili otapalo, kako je rekao Asadi: GG; gotovo je kao da aceton drži molekule TFA za ruku, izvlačeći ih iz najlona, stvarajući piezoelektričnu kristalnu fazu."
Istraživač je prvi proizveo najlonski film s jakim piezoelektričnim odzivom. Ali to ne rješava u potpunosti problem proizvodnje vlakana, jer je način proizvodnje još uvijek nespojiv s visokim vakuumom. Tako su proučavali druge načine za kontrolu brzine ekstrakcije otapala. Usredotočili su se na proizvodnju vlakana elektroprejanjem. U procesu elektropredanja električno polje privlači otopinu polimera u vlakna promjera širine od desetaka nanometara. Visok omjer površine vlakana stvara veliku ekstrakciju otapala. stopa. Zatim je ključno uravnotežiti to s viskoznošću otopine polimera i uvjetima elektrospinovanja, tako da drugi čimbenici ne sprečavaju stvaranje vlakana u dragocjenoj δ' fazi.
Istraživači su otkrili da vlakna široka oko 200 nanometara imaju GG, slatka mrlja GG; među konkurentskim čimbenicima. Rezultati mjerenja potencijala generiranog periodičkim mehaničkim udarom s frekvencijom od 8 Hz pokazuju da 200-nanometarsko δ' fazno vlakno generira 6 V, dok uže vlakno generira manje od 0,6 V zbog tih širina. Čimbenici povezani s uskošću uzrokuju da faza koju stvara vlakno nema piezoelektrični odziv.
Zapravo, u širokom vlaknu oko 1000 nm, vlakno je pregusto da bi učinkovito i brzo izdvojilo otapalo. Najlon tvori γ kristalnu fazu sa samo slabim piezoelektričnim odzivom. U debljim vlaknima piezoelektrični odziv γ faze je loš, što je donekle kompenzirano većim volumenom vlakana, što rezultira potencijalom od 4V. Međutim, 200nm δ' fazno vlakno i dalje ima prednost osjetljivijeg odziva.
