Pozyskiwanie energii z niewielkich mechanicznych ruchów, takich jak bicie serca, oddychanie, chodzenie czy nawet przepływ krwi jest fascynującą perspektywą. Innym obiecującym wynalazkiem są nanogeneratory o własnościach piezoelektrycznych, które umożliwiają konwersję energii powstającej z naprężeń, nacisków i przesuwania się materiałów. Takie generujące energię materiały mogłyby w efekcie doprowadzić do powstania „inteligentnych” ubrań, mogących napędzać zintegrowane z nimi urządzenia elektroniczne i sensory zwykłymi ruchami ciała.

Naukowcy zaprezentowali teraz nowy typ w pełni elastycznego, odpornego nanogeneratora (WTNG) o dużej wytrzymałości mechanicznej i zdolności generowania energii. „Zastosowaliśmy konkretną nanostrukturę,  w której wykorzystaliśmy pokryty srebrem materiał oraz polidimetylosiloksanowe (PDMS) nanowzory na bazie siatki z nanoprętów ZnO jako materiały elektryzujące”, tłumaczy Nanowerk Sang-Woo Kim, profesor ze School of Advanced Materials Science & Engineering przy Sungkyunkwan University w Korei. Nanowzornictwo uzyskano poprzez przykrywanie polidimetylosiloksanem pionowych nanopręcików z ZnO na pokrytym srebrem tekstylnym substracie. „Takie nanowzory wzmacniają efekt elektryzowania się poprzez zwiększanie efektywnego kontaktu powierzchni i tarcia dla zwiększenia uzyskiwanej energii i wytrzymałości mechanicznej”, dodaje.



 
Rysunek 1: (a) Schematyczna ilustracja WTNG. (b) Proces fabrykacji struktury PDMS. (c) Obrazy FE-SEM spodu materiału z PDMS, wraz z wysokiej rozdzielczości zdjęciem ukazującym nanowzory.(d) Zdjęcie elastycznego WTNG (za pozwoleniem American Chemical Society).

Swoje odkrycia Kim wraz ze współpracownikami opublikowali 11 lutego w internetowym wydaniu ACS Nano ("Nanopatterned Textile-Based Wearable Triboelectric Nanogenerator").
Z powodzeniem zademonstrowali diody LED, ekran LCD i automatyczny zamek w pojeździe, napędzane materiałem z WTNG bez żadnego zewnętrznego źródła energii (patrz rysunek). Siła powstaje, gdy mechaniczny nacisk generuje ładunek elektryczny, który jest znacznie większy niż ten powstały z tekstylnego generatora piezoelektrycznego stworzonego wcześniej. Nacisk ten może powstać w wyniku skręcania lub naciągania materiału. Kiedy WTNG zostaje zintegrowany z ubraniem, jego zdolność wytwarzania ładunku ma szanse umożliwić użytkownikom zasilanie przenośnych urządzeń elektronicznych poprzez poruszanie się czy chodzenie.


 
Rysunek 2: Samonapędzające się LCD, LED i pilot do samochodu zanurzone w ubraniu wykorzystującym WTNG. (a) Ekran LCD zaświecił się ujawniając logo Sungkyunkwan University (b) Sześć diod LED zaświeciło się jednocześnie. (c) Kontroler umieszczony w kieszeni (d) Wielowarstwowe WTNG w rękawie. (e) Obsługa pilota do samochodu wykorzystującego komercyjnego kondensatora naładowanego przez WTNG bez użycia zewnętrznego źródła energii. (za zgodą American Chemical Society)

W poprzedniej pracy, Kim i jego ekipa opisali przezroczyste, elastyczne i rozciągliwe nanogeneratory, jednak nie były one wystarczająco wytrzymałe do wykorzystania w ubraniach. Dla kontrastu, badacze testowali czterowarstwowy WTNG przez ponad 12000 cykli i nie znaleźli znaczących różnic w wyjściowych napięciach. Przy poprzednich urządzeniach problemem było słabe przyleganie pomiędzy tkaniną a nanostrukturami, które skutkowało mniejszą trwałością mechaniczną. W obecnym projekcie naukowcy poradzili sobie z tym problemem. „Generacja poprzez zjawisko elektryzowania się jest obiecującą metodą pozyskiwania energii, charakteryzującą się wysokim wyjściowym napięciem, dużą efektywnością, niskimi kosztami, prostotą strukturalną, stabilnością i wytrzymałością”, podsumowuje Kim, „teraz zajmujemy się szukaniem materiałów z dużym efektem elektryzowania się.” Co więcej, istnieje potrzeba rozwinięcia efektywnych systemów gospodarowania energią, które będą przechowywać energię uzyskaną z nanogeneratorów w materiałowych platformach magazynujących, takich jak tekstylne baterie czy superkondensatory.

Źródło: http://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=39169.php

Drukuj PDF