Energihøstende gummiplader kan drive pacemakere, mobiltelefoner

Strømgenererende gummifilm udviklet af Princeton University ingeniører kunne udnytte naturlige kropsbevægelser såsom vejrtrækning og gang til at drive pacemakere, mobiltelefoner og andre elektroniske enheder.

Materialet, sammensat af keramiske nanobånd indlejret på silikonegummiplader, genererer elektricitet, når den bøjes og er yderst effektiv til at omdanne mekanisk energi til elektrisk energi. Sko lavet af materialet kan en dag høste det dunkende ved at gå og løbe for at drive mobile elektriske enheder. Placeret mod lungerne, ark af materialet kunne bruge vejrtrækningsbevægelser til at drive pacemakere, undgår det aktuelle behov for kirurgisk udskiftning af batterierne, som driver enhederne.

Et papir om det nye materiale, med titlen "Piezoelektriske bånd trykt på gummi for fleksibel energikonvertering, " blev offentliggjort online 26. januar, i Nano bogstaver, et tidsskrift fra American Chemical Society. Forskningen blev finansieret af United States Intelligence Community, et kooperativ af føderale efterretningstjenester og nationale sikkerhedsagenturer.

Princeton-teamet er det første, der med succes kombinerer silikone og nanobånd af blyzirkonattitanat (PZT), et keramisk materiale, der er piezoelektrisk, hvilket betyder, at den genererer en elektrisk spænding, når der påføres tryk på den. Af alle piezoelektriske materialer, PZT er den mest effektive, i stand til at omdanne 80% af den mekaniske energi, der påføres det, til elektrisk energi.

"PZT er 100 gange mere effektivt end kvarts, andet piezoelektrisk materiale, " sagde Michael McAlpine, professor i maskin- og rumfartsteknik, i Princeton, der ledede projektet. "Du genererer ikke så meget strøm ved at gå eller trække vejret, så du vil udnytte det så effektivt som muligt."

Forskerne fremstillede først PZT nanobånd - strimler så smalle, at 100 passer side om side i et mellemrum på en millimeter. I en separat proces, de indlejrede disse bånd i klare ark af silikonegummi, skabe, hvad de kalder "piezo-gummi chips". Fordi silikonen er biokompatibel, det bruges allerede til kosmetiske implantater og medicinsk udstyr. "De nye elektricitetsindsamlingsanordninger kunne implanteres i kroppen for evigt at drive medicinsk udstyr, og kroppen ville ikke afvise dem, " sagde McAlpine.

Ud over at generere elektricitet, når den er bøjet, det modsatte er sandt:materialet bøjes, når der påføres elektrisk strøm til det. Dette åbner døren til andre former for applikationer, såsom brug til mikrokirurgiske anordninger, sagde McAlpine.

"Det skønne ved dette er, at det er skalerbart, " sagde Yi Qi, en postdoc-forsker, der arbejder med McAlpine. "Efterhånden som vi bliver bedre til at lave disse chips, vi vil være i stand til at lave større og større ark af dem, der vil høste mere energi."