Nye fibernanogeneratorer kan føre til elektrisk tøj

(PhysOrg.com) - I forskning, der giver bogstavelig betydning for udtrykket "power suit, "University of California, Berkeley, ingeniører har skabt energiforstærkende nanofibre, der en dag kunne væves ind i tøj og tekstiler.

Disse generatorer i nano-størrelse har "piezoelektriske" egenskaber, der gør det muligt for dem at omdanne energien til elektricitet, der er skabt ved mekanisk belastning, strækninger og vridninger.

"Denne teknologi kan i sidste ende føre til bærbart 'smart tøj', der kan drive håndholdt elektronik gennem almindelige kropsbevægelser, "sagde Liwei Lin, UC Berkeley professor i maskinteknik og leder af det internationale forskerhold, der udviklede fibernanogeneratorerne.

Fordi nanofibrene er fremstillet af organisk polyvinylidenfluorid, eller PVDF, de er fleksible og relativt lette og billige at fremstille.

Selvom de stadig udarbejder de nøjagtige beregninger, forskerne bemærkede, at mere kraftige bevægelser, som den slags man ville skabe, mens man dansede den elektriske boogaloo, skulle teoretisk generere mere strøm. "Og fordi nanofibrene er så små, vi kunne væve dem lige ind i tøj uden nogen mærkbar ændring i komfort for brugeren, "sagde Lin, som også er meddirektør for Berkeley Sensor and Actuator Center i UC Berkeley.

Fibernanogeneratorerne er beskrevet i denne måneds udgave af Nano bogstaver , et fagfællebedømt tidsskrift udgivet af American Chemical Society.

Målet med at høste energi fra mekaniske bevægelser gennem bærbare nanogeneratorer er ikke nyt. Andre forskerhold har tidligere lavet nanogeneratorer af uorganiske halvledende materialer, såsom zinkoxid eller bariumtitanat. "Uorganiske nanogeneratorer - i modsætning til de organiske nanogeneratorer, vi skabte - er mere sprøde og sværere at dyrke i betydelige mængder, "Sagde Lin.

De små nanogeneratorer har diametre helt ned til 500 nanometer, eller cirka 100 gange tyndere end et menneskehår og en tiendedel af bredden af ​​almindelige stoffibre. Forskerne rykkede og tweakede nanofibrene gentagne gange, genererer elektriske output fra 5 til 30 millivolt og 0,5 til 3 nanoampere.

Desuden, forskerne rapporterer ingen mærkbar nedbrydning efter strækning og frigivelse af nanofibrene i 100 minutter med en frekvens på 0,5 hertz (cyklusser pr. sekund).

Lins team på UC Berkeley var banebrydende inden for nærfeltet elektrospinningsteknik, der blev brugt til at oprette og placere de polymere nanogeneratorer 50 mikrometer fra hinanden i et gittermønster. Teknologien muliggør større kontrol af placeringen af ​​nanofibrene på en overflade, tillader forskere at justere fibernanogeneratorerne korrekt, så positive og negative poler er i modsatte ender, ligner polerne på et batteri.

Uden denne kontrol, forklarede forskerne, de negative og positive poler kan annullere hinanden og reducere energieffektiviteten.

Forskerne demonstrerede energieffektivitetseffektivitet så højt som 21,8 procent, med et gennemsnit på 12,5 procent.

“Overraskende nok, energieffektivitetsklassificeringerne for nanofibrene er meget større end de 0,5 til 4 procent, der opnås i typiske kraftgeneratorer fremstillet af eksperimentelle piezoelektriske PVDF -tynde film, og de 6,8 procent i nanogeneratorer fremstillet af fine zinkoxidtråde, ”Sagde undersøgelsens hovedforfatter, Chieh Chang, der gennemførte eksperimenterne, mens han var kandidatstuderende i maskinteknik ved UC Berkeley.

"Vi tror, ​​at effektiviteten sandsynligvis kan øges yderligere, "Sagde Lin." For vores foreløbige resultater, vi ser en tendens til, at jo mindre fiber vi har, jo bedre energieffektivitet. Vi ved ikke, hvad grænsen er. "