П'єзоелектрична тканина перетворила ремінь сумки на електрогенератор

Дослідники створили тканину, що виробляє електричний струм при розтягненні. Її волокна складаються із зовнішнього п'єзоелектричного шару і проводить внутрішнє підґрунтя, що передає електрику на електронні компоненти. Сумка з ременем з такої тканини може виробляти при ходьбі достатню кількість енергії для харчування світлодіоду, повідомляють розробники в журналі.

У смартфонах, ноутбуках та інших подібних пристроях встановлені великі екрани і потужні чіпи, що споживають багато енергії, через що їх доводиться часто заряджати від мережі. Але існує клас носимих пристроїв, наприклад, крокомерів, які використовують всього один або кілька невеликих електронних компонентів, що вимагають мінімальну кількість енергії, і інженери вважають, що їх цілком можна зробити повністю автономними, запитавши яким-небудь чином від рухів людського тіла. Багато дослідників вже кілька років працюють над компактними трибоелектричними генераторами, що виробляють електрику при згинанні, ударах або розтягненні. Але, незважаючи на високі характеристики, у них є і недоліки, наприклад, їх складно вбудувати в одяг через те, що вони часто являють собою товсту полімерну плівку.

Група дослідників під керівництвом Крістіана Мюллера (Christian Müller) з Технічного університету Чалмерса розробила для цієї мети п'єзоелектричну тканину. Вона складається з двох типів ниток - п'єзоелектричної і провідної, які служать в тканині качком і основою відповідно. П'єзоелектрична нитка складається з двох шарів: центрального з полімерної матриці з частинками технічного вуглецю і зовнішньої, що складається з полімеру з п'єзоелектричними властивостями. Оскільки спочатку діполі в полімері розташовані хаотично, дослідники помістили нитку в електричне поле високої напруженості, яке орієнтувало їх. Друга частина тканини - проводить нитку з полімеру зі срібними частинками, яка виступає в ролі другого електрода.

При розтягненні п'єзоелектрична нитка деформується і розподіл зарядів у ній змінюється, що викликає електричний струм у ланцюгу. Ефективність такого вироблення електрики можна збільшити, намочивши тканину, і поліпшивши тим самим контакт між нитками.

Дослідники створили шматок тканини розміром 2,5 на 20 сантиметрів і протестували його властивості, замінивши ним частину ременя від сумки. Вони показали, що сумка, завантажена трьома кілограмами книг, може виробляти електрику з потужністю чотири мікровати і напругою вісім вольт, і цього достатньо для періодичного живлення світлодіоду. Як зазначають автори, вироблювана потужність може бути і більшою. Наприклад, якщо зробити з п'єзоелектричної тканини весь ремінь і частину сумки, що приймає основну частину навантаження, її можна збільшити до десятої частини мілівату без змін у матеріалі. А якщо замінити технічний вуглець у нитках на вуглецеві нанотрубки, потужність можна підняти ще на два порядки, аж до десяти міліват.

Нещодавно інша група вчених розробила схожу технологію. Вони навчилися плести на основі вуглецевих нанотрубок нитки, що виробляють електрику при розтягненні. А в середині минулого року китайські дослідники створили нітевидні акумулятори, які можна заплітати в тканину на звичайному ткацькому верстаті.