Smarte tekstiler:Højtydende, åndbart stof til at drive lille elektronik

Den triboelektriske effekt er et fænomen, hvor en ladning genereres på to forskellige materialer, når materialerne flyttes fra hinanden efter at have været i kontakt med hinanden. Triboelektriske nanogeneratorer (TENG'er) bruger denne effekt til at konvertere mekanisk bevægelse til elektrisk energi. TENGs kompakthed gør det muligt at bruge dem som bærbare enheder, der kan udnytte kroppens bevægelser til at drive elektronik. Da de er wearables, lægges der vægt på stoffets egenskaber (såsom materialets komfort) og nanogeneratorernes ladningsbærende kapacitet. Generelt bør de triboelektriske materialer, der vælges til nanogeneratoren, være sikre, kompatible med den menneskelige krop (biokompatible), fleksible og åndbare, samtidig med at de er i stand til at opretholde en høj elektrisk udgangsydelse.

Blandt de mange materialer, der overvejes til TENG'er, er elektrospundne fibre en lovende kandidat, da de er lette, stærke og har ønskværdige elektriske egenskaber. Elektrospinning er en teknik, hvorved opløsninger af polymerer trækkes ind i fibre ved hjælp af elektrisk ladning. Der er løbende bestræbelser på at tilføje metaller til elektrospundne fibre for at forbedre det elektrostatiske potentiale og ladningsfangende evner. Men dette har ført til, at der er indgået kompromiser mellem materialets komfort og ydeevne.

I en nylig undersøgelse offentliggjort i Nano Energy , har forskere fra University of Fukui, Japan og Nanjing University, Kina udviklet et helt fiberholdigt kompositlag TENG (AF-TENG), der nemt kan integreres med almindelig klud. "Med vores arbejde sigter vi mod at give et nyt synspunkt i forhold til bærbare energihøstere og smarte tekstiler," siger Dr. Hiroaki Sakamoto, den tilsvarende forfatter til undersøgelsen.

AF-TENG indeholder en triboelektrisk membran lavet af to lag elektrospundne fibre - det ene af et materiale kaldet polyvinylidenfluorid (PVDF) og det andet af en type nylon. Sølv nanotråde dækker disse lag. Forskerne tilføjede yderligere et lag af elektrospundne polystyrenfibre mellem sølv nanotrådene og den triboelektriske membran.

Den mekaniske bevægelse af kroppen, mens du går eller løber, får de triboelektriske lag til at få en ladning. På denne måde omdannes den mekaniske energi til elektrisk energi, som kan bruges til at drive elektroniske enheder.

Normalt tabes eller spredes ladningsopbygningen på den triboelektriske overflade gradvist, hvilket reducerer overfladeladningstætheden og nanogeneratorens outputydelse. Men i dette tilfælde opsamler og fanger den tilføjede polystyrenmembran ladningen og bevarer overfladeladningstætheden af ​​AF-TENG. Forskerne brugte AF-TENG til at tænde op for 126 kommercielle LED'er, hver vurderet til 0,06 Watt, hvilket demonstrerer gennemførligheden af ​​nanogeneratoren. Desuden, ifølge Dr. Sakamoto, "Strømgenereringsenheden har fleksibilitet og åndbarhed, da alle komponenter er sammensat af fibermaterialer. Denne enhed viser et stort potentiale i at høste den statiske elektricitet fra vores tøj."

Mens TENG'er i øjeblikket er begrænset til enheder med lav effekt, såsom LED'er og lommeregnere, er forbedringer af slidstyrken og outputydelsen integrerede skridt hen imod fremtidig bærbar teknologi. + Udforsk yderligere

Sådan driver du elektronik ved hjælp af mekanisk bevægelse