ด้วยความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบสวมใส่ได้จึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายมากขึ้นในด้านชีวการแพทย์และสาขาอื่นๆ ในขณะเดียวกัน ผู้คนก็มีความต้องการด้านความสะดวกสบายและอายุการใช้งานแบตเตอรี่ที่สูงขึ้น วัสดุเซรามิกเพียโซอิเล็กทริกแบบดั้งเดิม เช่น ตะกั่วเซอร์โคเนตไททาเนต (PZT) มีค่าเอาต์พุตเพียโซอิเล็กทริกสูง แต่มีความแข็งและความเปราะสูง ในขณะที่ PVDF และพอลิเมอร์เพียโซอิเล็กทริกอื่นๆ มีค่าโมดูลัสความยืดหยุ่นต่ำกว่า แต่คุณสมบัติเพียโซอิเล็กทริกอ่อนแอ ดังนั้น การรวมข้อดีของทั้งสองอย่างเข้าด้วยกันเพื่อพัฒนาวัสดุเพียโซอิเล็กทริกที่ยืดหยุ่นได้จึงเป็นทิศทางการวิจัยที่สำคัญ

ในบริบทนี้ ทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัยซิตี้แห่งฮ่องกงได้พัฒนาผ้าคอมโพสิตเซรามิกเพียโซอิเล็กทริกขั้นที่สามที่มีความยืดหยุ่น ซึมผ่านได้ และให้ผลผลิตสูง โดยอาศัยวิธีการโซลเจลแบบใช้แม่แบบ ซึ่งมีโครงสร้างภายในหลายขั้นตอนที่เป็นเอกลักษณ์ ซึ่งสามารถเสริมสร้างคุณสมบัติทางกลได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ผ้าคอมโพสิตเพียโซอิเล็กทริกประกอบด้วยโครงสร้างเซรามิก PZT และสารเคลือบ P (VDF-TRFe) โดยมีตาข่ายทองแดงติดอยู่ทั้งสองด้านเป็นอิเล็กโทรด คล้ายกับแม่แบบผ้าที่ใช้ เส้นใยเซรามิกหลายเส้นระดับซับมิลลิเมตรที่พันกันเป็นโครงสร้างเซรามิก PZT ในขณะที่เส้นใย PZT ระดับไมครอนที่ประกอบเป็นมัดเส้นใยเซรามิกเป็นโครงสร้างรอง ฟิล์ม P (VDF-TRFE) ที่เคลือบอยู่บนโครงสร้างเซรามิก PZT ช่วยเพิ่มคุณสมบัติทางกลและเพียโซอิเล็กทริกที่ดีขึ้นให้กับผ้าคอมโพสิตเพียโซอิเล็กทริก โครงสร้างรูพรุนหลายระดับภายในที่เป็นเอกลักษณ์ยังทำให้ผ้ามีคุณสมบัติการซึมผ่านของอากาศที่ดี โดยมีอัตราการซึมผ่านของอากาศสูงถึง 45.1 มม./วินาที

เมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุคอมโพสิตเพียโซอิเล็กทริกแบบดั้งเดิม ผ้าคอมโพสิตเพียโซอิเล็กทริกนี้มีค่าโมดูลัสของยัง (Young's modulus) สูงกว่า (0.35 gpa) มีความแข็งแรงต่อการแตกหัก การยืดตัว ความเหนียว (0.125 MJ/m³) และพลังงานการแตกหักสูงกว่าในด้านคุณสมบัติทางกล ในส่วนของคุณสมบัติเพียโซอิเล็กทริก ผ้าชนิดนี้สามารถสร้างแรงดันไฟฟ้าวงเปิดได้ถึง 128 V ซึ่งเพียงพอที่จะให้แสงสว่างแก่หลอด LED ได้พร้อมกัน 75 ดวง

การซึมผ่านของอากาศและคุณสมบัติทางกลของเส้นใยคอมโพสิตเซรามิกเพียโซอิเล็กทริก

เพื่อประเมินศักยภาพการใช้งานของผ้าคอมโพสิตเพียโซอิเล็กทริกในการตรวจสอบการเคลื่อนไหวของมนุษย์และการเก็บเกี่ยวพลังงาน นักวิจัยได้นำมาใช้เป็นแผ่นรองพื้นรองเท้าเพื่อแปลงพลังงานที่เกิดจากการเดินของมนุษย์ให้เป็นสัญญาณไฟฟ้า เมื่อใช้เป็นเครื่องนับก้าว สามารถบันทึกจำนวนก้าวได้ 63 ก้าวภายใน 2 นาที และแสดงผลบนหน้าจอโทรศัพท์พร้อมกัน เมื่อใช้เป็นอุปกรณ์เก็บเกี่ยวพลังงาน แรงดันไฟฟ้าที่เก็บไว้ในตัวเก็บประจุจะเพิ่มขึ้นเป็น 3.1 โวลต์ระหว่างการเหยียบย่ำเป็นเวลา 36 วินาที พลังงานที่เก็บไว้ในตัวเก็บประจุสามารถนำไปใช้จ่ายพลังงานให้กับมิเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ได้ ซึ่งสามารถทำงานต่อไปได้อีก 16 วินาที

การวิจัยเกี่ยวกับการออกแบบโครงสร้างหลายขั้นตอนและการผลิตผ้าเพียโซอิเล็กทริกตามแนวคิดเชิงฟังก์ชันเพื่อปรับปรุงคุณสมบัติเพียโซอิเล็กทริกแบบดั้งเดิมของวัสดุเพียโซอิเล็กทริกนั้น นำเสนอแนวคิดใหม่ ในขณะเดียวกันก็ให้ความสำคัญกับความสมดุลระหว่างการซึมผ่านของอากาศ คุณสมบัติเพียโซอิเล็กทริก ความยืดหยุ่น และความเหนียว เพื่อส่งเสริมวัสดุเชิงฟังก์ชันในอุปกรณ์สวมใส่และแอปพลิเคชันอิเล็กทรอนิกส์แบบยืดหยุ่นต่อไป

บทความเรื่อง "สิ่งทอเซรามิกเพียโซที่มีโครงสร้างเชื่อมโยงกันอย่างเป็นลำดับชั้น พร้อมประสิทธิภาพที่สมดุลในด้านเพียโซอิเล็กทริก ความยืดหยุ่น ความเหนียว และความทนทานต่ออากาศ" ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Advanced Functional Materials

(ที่มา: ไมโครเพจอย่างเป็นทางการของ Textile Herald)