Ученые из NTU Singapore разработали эластичную и водонепроницаемую «ткань», которая превращает энергию, генерируемую движениями тела, в электрическую энергию.
Важнейшим компонентом ткани является полимер, который при нажатии или сжатии преобразует механическое напряжение в электрическую энергию. Он также изготовлен из эластичного спандекса в качестве базового слоя и интегрирован с резиноподобным материалом, что делает его прочным, гибким и водонепроницаемым.
В эксперименте по проверке концепции, о котором сообщалось в научном журнале Advanced Materials в апреле, команда NTU Singapore показала, что нажатие на кусок новой ткани размером 3 см на 4 см генерирует достаточно электроэнергии, чтобы зажечь 100 светодиодов.
Стирка, складывание и сминание ткани не вызывали ухудшения характеристик, и она могла поддерживать стабильную электрическую мощность до пяти месяцев.
Ученый-материаловед и младший проректор NTU (аспирантура) профессор Ли Пуи Си, который руководил исследованием, сказал: «Было много попыток разработать ткань или одежду, которые могут собирать энергию от движения, но большая проблема заключалась в том, чтобы разработать что-то, что не ухудшает свою функцию после стирки и в то же время сохраняет отличную электрическую мощность. В нашем исследовании мы продемонстрировали, что наш прототип продолжает хорошо функционировать после стирки и сминания. Мы думаем, что его можно было бы вплести в футболки или интегрировать в подошвы обуви собирают энергию от мельчайших движений тела, направляя электричество в мобильные устройства».
Получение альтернативного источника энергии
Генерирующая электричество ткань, разработанная командой NTU, представляет собой устройство для сбора энергии, которое превращает вибрации, возникающие при малейших движениях тела, вв быту в электричество. Ткань-прототип вырабатывает электричество двумя способами: при сжатии или раздавливании (пьезоэлектричество) и при контакте или трении с другими материалами, такими как кожа или резиновые перчатки (трибоэлектрический эффект). Чтобы изготовить прототип, ученые сначала изготовили растягивающийся электрод путем трафаретной печати «чернил», содержащих серебро и стирол-этилен-бутилен-стирол (СЭБС), резиноподобный материал, используемый в прорезывателях для зубов и ручках руля, чтобы сделать его более эластичным и водонепроницаемым. . Затем этот растягивающийся электрод прикрепляют к куску нановолоконной ткани, состоящей из двух основных компонентов: поли(винилиденфторид)-со-гексафторпропилена (PVDFHPF), полимера, создающего электрический заряд .при сжатии, сгибании или растяжении; и бессвинцовые перовскиты, перспективный материал в области солнечных элементов и светодиодов.
НТУ к.т.н. Студент Цзян Фэн, который является частью исследовательской группы, объяснил: «Внедрение перовскитов в PVDF-HPF увеличивает электрическую мощность прототипа. В нашем исследовании мы выбрали бессвинцовые перовскиты как более экологически безопасный вариант. природы, их интеграция в PVDF-HPF придает перовскитам исключительную механическую прочность и гибкость. PVDF-HPF также обеспечивает дополнительный уровень защиты перовскитов, повышая их механические свойства и стабильность».
Результатом стал прототип ткани, который генерирует 2,34 Вт на квадратный метр электроэнергии — этого достаточно для питания небольших электронных устройств, таких как светодиоды и промышленные конденсаторы. Доказательство концепции Чтобы продемонстрировать, как может работать их прототип ткани, ученые NTU показали, как непрерывное постукивание рукой по куску ткани размером 3 см на 4 см может зажечь 100 светодиодов или зарядить различные конденсаторы, которые являются устройствами, которые хранят электрическую энергию и можно найти в таких устройствах, как мобильные телефоны. Ткань показала хорошую износостойкость и стабильность — ее электрические свойства не ухудшались после стирки, складывания и сминания.
Он также продолжал производить непрерывную стабильную электрическую мощность до пяти месяцев. Ученые показали, что их ткань может использовать энергию различных движений человека, прикрепляя ее к руке, ноге, кисти и локтю, а также к стелькам обуви, и делает это, не влияя на движения. Профессор Ли сказал: «Несмотря на увеличенную емкость батареи и снижение энергопотребления, источники питания для носимых устройств по-прежнему требуют частой замены батареи. Наши результаты показывают, что наш прототип ткани, собирающей энергию, может использовать энергию вибрации человека, чтобы потенциально продлить срок службы батареи или даже для создания систем с автономным питанием Насколько нам известно, это первое гибридное энергетическое устройство на основе перовскита, которое является стабильным, растягиваемым, воздухопроницаемым, водонепроницаемым,
Этот прототип сбора энергии на основе ткани основан на работе команды NTU, которая рассматривает, как энергия, генерируемая в окружающей среде, может быть утилизирована. Например, команда недавно разработала тип пленки, которую потенциально можно крепить на крышах или стенах, чтобы использовать энергию ветра или капель дождя, падающих на пленку. Сейчас команда изучает, как можно приспособить одну и ту же ткань для сбора различных форм энергии.
