Et fleksibelt materiale, der genererer elektricitet, når det er stresset

Forskere fra Empa har udviklet et fleksibelt materiale, der genererer elektricitet, når de er stressede. I fremtiden, den kan bruges som sensor, integreret i tøj eller endda implanteret i menneskekroppen, for eksempel, til at drive en pacemaker.

Fleksibel, økologisk, tynde - egenskaber, der normalt ikke er forbundet med kraftværker eller sensorer. Men et nyt materiale udviklet af Empa -forskere er netop det:et tyndt, økologisk, fleksibel film, der genererer elektricitet, hvis den strækkes og komprimeres. Denne gummifilm kan inkorporeres i betjeningsknapper, tøj, robotter eller endda mennesker, og overvåge aktiviteter, registrere berøringer eller generere elektricitet, når de stresses med at drive implanterede enheder som f.eks. pacemakere, for eksempel.

Gør bevægelse til elektricitet

Takket være den piezoelektriske effekt, den specialdesignede gummi er i stand til at omdanne mekaniske bevægelser til elektriske ladninger. Tricket bag den genererede strøm er den interne polarisering, der ændres, når gummifilmen belastes mekanisk.

Denne effekt bruges til lydoptagelser på analoge pladespillere, for eksempel:nålen føres gennem rillerne i pladen på en sådan måde, at den genererer mekaniske vibrationer. I en piezoelektrisk krystal, disse vibrationer omdannes til elektriske impulser, som igen kan forstærkes og omdannes til lydbølger.

I lang tid, den piezoelektriske effekt var kun kendt for krystaller. Da disse er tunge og solide, effekten kunne kun bruges i visse applikationer. Imidlertid, Det er nu lykkedes for Empa -forskeren Dorina Opris og hendes kolleger at give elastomerer piezoelektriske egenskaber. Alligevel, det nye materiale er ikke let at producere. Gummiet er et kompositmateriale fremstillet af polare nanopartikler og en elastomer (silikone i prototypen). Først og fremmest, Yee Song Ko, ph.d. -studerende på Empa, skal forme de to materialer, før de forbindes. Dette giver en tynd, elastisk film, hvor nanopartiklernes polare dele stadig er tilfældigt orienterede.

For at skabe et piezoelektrisk materiale, Song Ko skal indføre en intern polarisering ved hjælp af et stærkt elektrisk felt. For at opnå dette, filmen opvarmes, indtil glasovergangstemperaturen for nanopartiklerne er overskredet, og de ændres fra et fast stof, glasagtig tilstand til en gummiagtig, tyktflydende. Under disse betingelser, polardelene er orienteret af det elektriske felt. Den opnåede orientering fryses til sidst ved at afkøle materialet til stuetemperatur.

Kropsdele som kraftværk

Der er et væld af potentielle anvendelser til den nye gummifilm. Det kan bruges til at konstruere tryksensorer, for eksempel. Hvis materialet komprimeres, der produceres en elektrisk impuls, der kan modtages og "forstås" af enheder. Dette kan bruges til at udvikle en ny type betjeningsknapper, men også en følsom hud til robotter, der kan mærke (tryk) berøring. I øvrigt, filmen kan være nyttig i tøj til enten at overvåge brugerens aktiviteter eller generere elektricitet fra deres bevægelser. "Dette materiale kunne sandsynligvis endda bruges til at hente energi fra menneskekroppen, "siger Opris." Du kan implantere det nær hjertet for at generere elektricitet fra hjerteslaget, for eksempel. "Dette kan drive pacemakere eller andre implanterede enheder, eliminerer behovet for invasive operationer for at skifte batteri.