Наука

Учёные создали «пряжу» из углеродных нанотрубок, которая вырабатывает электричество — одежда когда-то сможет питать гаджеты

Исследователи из Техасского университета в Далласе создали нити из углеродных нанотрубок, которые преобразуют механическое движение в электричество более эффективно, чем другие подобные устройства для сбора энергии. Работа стала продолжением изучения «твистронов» (twistron) — скрученных в жгут углеродных нанотрубок, которые учёные представили пять лет назад. Оказалось, что нити лучше скручивать по три, что значительно повышает выход энергии.

Новая работа опубликована в журнале Nature Energy и стала продолжением публикации 2017 года. Раньше группа работала над скрученными в жгут одиночными углеродными нанотрубками, а в новой работе они проследили за характеристиками «пряжи» из трёх скрученных в один жгут нанотрубок.

Электричество в данном случае вырабатывается из механических действий, когда трубка или жгут из трубок растягиваются или раскручиваются. В этом проявляются пьезоэлектрические эффекты, когда механические деформации ведут к появлению разности потенциала и течению тока. Для этого, в частности, в углеродных нанотрубках должен быть электролит внутри или снаружи. Учёные поступили проще — они заполнили нанотрубки твёрдым полимерным составом со свойствами электролита (немногие и не в любом климате захотят ходить в мокрой рубашке или футболке, хотя электролитом может быть пот человека).

Эксперименты показали, что оптимальная для получения электричества пряжа из нанотрубок получается при скручивании трёх нитей. В этом случае при растяжении или раскручивании на боковые стенки соседних нитей оказывается дополнительное (и оптимальное) усилие, повышающее выработку электричества. При растяжении жгут из трёх нитей показал эффективность преобразования механических усилий в электричество на уровне 17,4 %, а при кручении — 22,4 %. Скрученные одиночные нити в обоих случаях показывали эффективность на уровне 7,6 %.

«Эти твистроны [тройные скрученные углеродные нанотрубки] имеют более высокую выходную мощность на вес устройства для сбора энергии в широком диапазоне частот — от 2 Гц до 120 Гц — чем ранее сообщалось для любого механического генератора на основе материалов, не относящихся к твистронам», — сказал один из авторов исследования.

Группа на практике испытала улучшенные твистроны, опробовав добычу электричества из энергии волн (нить удерживала шарик на воде с креплением ко дну аквариума), создала зарядное устройство из твистронов весом 3,2 мг, которое после многократного растягивания зарядило суперконденсатор и питало электронные часы и светодиодный фонарик, а также придумала пластырь для локтевого изгиба руки человека, который вырабатывал электричество. Решение оказалось настолько удачным, что исследователи подали заявку на патент на своё изобретение.

Недавние новости

Новый вид жутковатых муравьев назвали в честь Волдеморта

makocho

Стремительные изменения климата резко увеличили количество инсультов

makocho

Ученые нашли способ изготавливать парацетамол из древесины вместо сырой нефти

makocho