Китайці навчилися друкувати трибоелектричні генератори на тканині

Китайські інженери розробили метод, що дозволяє друкувати на тканині функціональні волокна. Наприклад, за допомогою такої технології вони надрукували на тканині волокно з вуглецевими нанотрубками всередині, яке виступає як трибоелектричний генератор. Стаття з описом розробки опублікована в журналі.

Концепція розумного одягу, на відміну від розумного годинника або браслетів, передбачає, що електронні компоненти можна вбудувати прямо в одяг. Наприклад, вже існують розумні куртки з сенсорними вставками і підігрівом. Але вбудовувати електроніку в одяг складно, тому що це вимагає або застосовувати жорстку електроніку, незручну в носінні, або шукати інші підходи. Зазвичай вчені створюють для цього гнучку електроніку, а також шукають нові шляхи вплетення її в тканину або впровадження іншим чином.

Група інженерів під керівництвом Ініна Чжана (Yingying Zhang) з Університету Цинхуа розробила метод, що дозволяє друкувати на тканині волокна, що складаються з двох шарів. Вони створили друкуючу головку для принтера, що складається з коаксіальних сопел. Під час друку два матеріали подаються одночасно - один з центрального сопла, а другий з коасксіального, тобто розташованого навколо центрального. Завдяки цьому матеріали не змішуються, а розташовуються в потрібному порядку: матеріал з центрального сопла залишається в центрі, а матеріал із зовнішнього сопла формує зовнішній шар волокна.

Для демонстрації автори вибрали як матеріал центральної частини вуглецеві нанотрубки і створили на їх основі водний розчин. Як матеріал зовнішнього шару вони вибрали білок фіброїн, отриманий з шовку тутового шовкопряду, на його основі також зробили водний розчин. Такі матеріали інженери вибрали для створення трибоелектричного генератора, в якому вуглецеві нанотрубки виступають в якості провідного шару, а фіброїн використовується в якості діелектрика. Надруковане волокно і плівка з полімеру утворюють трибоелектричну пару, в якій при рознесенні або зближенні виникає електричний струм.

Експерименти з генератором показали, що максимальний струм, що виробляється ним, становить 14 мікроампер, а напруга - 15 вольт. Крім того, автори надрукували таким же способом іоністори, в яких замість фіброїну зовнішній шар складається з карбоксиметилцелюлози. Експерименти з ними показали, що їх питома ємність становить 26,42 міліфарада на квадратний сантиметр.

Минулого року американські вчені створили п'єзоелектричну тканину, що виробляє електрику при розтягненні. Її волокна складаються із зовнішнього п'єзоелектричного шару і проводить внутрішнє підґрунтя, що передає електрику на електронні компоненти. Експерименти показали, що сумка з ременем з такої тканини може виробляти при ходьбі достатньо енергії для живлення одного світлодіоду.