Δύναμη στροβιλισμού: Μια απαλή κίνηση του σώματος θα φορτίζει το κινητό τηλέφωνο σας!
Επιστήμονες βρήκαν ένα τρόπο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας
με «έξυπνα» ρούχα φτιαγμένα από νάιλον!
Επιμέλεια: Νίκος Μόσχοβος
23:43:34,11/07/2020
Όταν οι πιεζοηλεκτρικές ίνες υφανθούν σε ρούχα, μπορούν να μετατρέψουν τη μηχανική ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια την κάθε φορά που θα κινείται ένα άτομο! Φωτογραφία: ©Katharina Maisenbacher, Max Planck Institute
Ερευνητές βρήκαν έναν τρόπο να παράγουν νάιλον ίνες, που είναι αρκετά έξυπνες για να παράγουν ηλεκτρισμό από μία απλή κίνηση του σώματος! Έτσι, «ανοίγουν» το δρόμο για την δημιουργία «έξυπνων» ρούχων, τα οποία θα παρακολουθούν την υγεία του κάθε ανθρώπου μέσω μικροσκοπικών αισθητήρων και θα φορτίζουν τις ψηφιακές συσκευές χωρίς να χρειάζεται εξωτερική πηγή ενέργειας.
Πρόκειται για μια ανακάλυψη, που προέκυψε από τη συνεργασία μεταξύ του Πανεπιστημίου του Bath (Μεγάλη Βρετανία), του Ινστιτούτου Max Planck για την Έρευνα Πολυμερών στη Γερμανία και του Πανεπιστημίου της Coimbra στην Πορτογαλία.
Βασίζεται, δε, σε μια πρωτοποριακή εργασία για τα πιεζοηλεκτρικά νάιλον που έχουν υποστεί επεξεργασία κι η οποία έγινε υπό την ηγεσία του καθηγητή του Τμήματος Φυσικής του Πανεπιστημίου του Bath Kamal Asadi και τον πρώην υποψήφιο φοιτητή του διδακτορικού διπλώματος, Saleem Anwar, Phd.
Η πιεζοηλεκτρική ενέργεια περιγράφει το φαινόμενο κατά το οποίο μετατρέπεται η μηχανική ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια.
Με απλά λόγια, όταν πατάτε ή παραμορφώνετε ένα πιεζοηλεκτρικό υλικό, δημιουργεί μια χρέωση ενέργειας. Προσθέστε ένα κύκλωμα κι η φόρτιση μπορεί να αφαιρεθεί ή να αποθηκευτεί σε έναν πυκνωτή! Στη συνέχεια, δύναται να χρησιμοποιηθεί η ενέργεια αυτή,για να τροφοδοτήσετε το κινητό τηλέφωνό σας.
Θα μπορείτε να φοράτε τα πιεζοηλεκτρικά ρούχα, π.χ. ένα πουκάμισο, ενώ θα αρκούσε ακόμη και μια απλή κίνηση όπως, είναι η ταλάντωση των χεριών για να προκαλέσει επαρκείς παραμορφώσεις στις ίνες του πουκάμισου για την παραγωγή ηλεκτρισμού!
«Υπάρχει αυξανόμενη ζήτηση για έξυπνα, ηλεκτρονικά κλωστοϋφαντουργικά προϊόντα, αλλά η εύρεση φθηνών και άμεσα διαθέσιμων ινών ηλεκτρονικών υλικών που θα είναι κατάλληλες για τα σύγχρονα ρούχα αποτελεί μια πρόκληση για την κλωστοϋφαντουργία.
Τα πιεζοηλεκτρικά υλικά καθίστανται καλοί υποψήφιοι για τη συλλογή ενέργειας από τις μηχανικές δονήσεις, όπως είναι η κίνηση του σώματος.Τα περισσότερα από αυτά τα υλικά είναι κεραμικά και περιέχουν μόλυβδο, το οποίο είναι τοξικό. Αυτό το γεγονός καθιστά δύσκολη την ενσωμάτωση των συγκεκριμένων υλικών στα φορητά ηλεκτρονικά ή στα ρούχα», εξήγησε ο καθηγητής κ. Asadi.
Οι επιστήμονες γνωρίζουν τις πιεζοηλεκτρικές ιδιότητες του νάιλον από τη δεκαετία του 1980 και το γεγονός ότι αυτό το υλικό δεν εμπεριέχει μόλυβδο και είναι μη τοξικό . Αυτό το έκανε ιδιαίτερα ελκυστικό για την παραγωγή.
«Ωστόσο, το μεταξένιο, τεχνητό ύφασμα που συχνά συσχετίζεται με τα φθηνά μπλουζάκια και τις γυναικείες κάλτσες είναι ένα πολύ δύσκολο υλικό για χειρισμό.Η πρόκληση είναι να παρασκευαστούν νάιλον ίνες που θα διατηρούν τις πιεζοηλεκτρικές ιδιότητες τους»,είπε ο καθηγητής κ. Asadi.
Στην πρώτη μορφή του πολυμερούς, το νάιλον είναι μια λευκή σκόνη που μπορεί να αναμειχθεί με άλλα υλικά (φυσικά ή τεχνητά).
Κατόπιν, μπορεί να διαμορφωθεί σε μυριάδες προϊόντα από τα ρούχα ή τις τρίχες της οδοντόβουρτσας έως και τις συσκευασίες των τροφίμων ή τα ανταλλακτικά των αυτοκινήτων!
Το νάιλον, όμως, αν μειωθεί σε μια συγκεκριμένη κρυσταλλική μορφή γίνεται πιεζοηλεκτρικό!
Η καθιερωμένη μέθοδος δημιουργίας αυτών των νάιλον κρυστάλλων είναι η τήξη, η γρήγορη ψύξη και το τέντωμα του όλου υλικού. Ωστόσο, αυτή η διαδικασία «οδηγεί» σε «παχιές» πλάκες (σ.σ. είναι γνωστές ως «μεμβράνες») που είναι πιεζοηλεκτρικές αλλά δεν είναι κατάλληλες για τα ρούχα.
Το νάιλον θα πρέπει να τεντωθεί σε ένα νήμα για να υφανθεί στα ενδύματα ή να ενσωματωθεί σε ένα λεπτό φιλμ για χρήση σε φορητά ηλεκτρονικά μέσα.
Η πρόκληση της παραγωγής λεπτών πιεζοηλεκτρικών νάιλον υμενίων θεωρήθηκε ανυπέρβλητη. Έτσι, ο αρχικός ενθουσιασμός για τη δημιουργία των πιεζοηλεκτρικών νάιλον ενδυμάτων μετατράπηκε σε απάθεια, με αποτέλεσμα η έρευνα σε αυτόν τον τομέα ουσιαστικά να σταματήσει τη δεκαετία του 1990.
Τώρα, οι κ.κ. Asadi και Anwar εφάρμοσαν μια εντυπωσιακή μηχανική στην κλωστοϋφαντουργία,αφού υιοθέτησαν μια εντελώς νέα προσέγγιση για την παραγωγή πιεζοηλεκτρικών λεπτών ταινιών από νάιλον!
Τι έκαναν; Απλά, διέλυσαν τη σκόνη του νάιλον σε έναν όξινο διαλύτη και όχι με τήξη!
Ωστόσο, διαπίστωσαν ότι το τελικό φιλμ περιείχε μόρια διαλύτη που ήταν κλειδωμένα μέσα στα υλικά, αποτρέποντας έτσι το σχηματισμό της πιεζοηλεκτρικής φάσης.
«Χρειάστηκε να βρούμε έναν τρόπο να αφαιρέσουμε το οξύ για να κάνουμε το νάιλον χρησιμοποιήσιμο», δήλωσε ο καθηγητής κ. Asadi, ο οποίος ξεκίνησε αυτήν την έρευνα το Σεπτέμβριο του 2020 στο Max Planck Institute for Polymer Research στη Γερμανία πριν μετακομίσει στο Πανεπιστήμιο του Bath.
Ο στόχος είναι να ενσωματωθούν ηλεκτρονικά στοιχεία, όπως είναι οι αισθητήρες, σε ένα ύφασμα και να παράγεται ενέργεια από αυτές, ενώ βρισκόμαστε εν κινήσει!Φωτογραφία από Free-Photos από το Pixabay
Κατά τύχη, οι δυο ερευνητές ανακάλυψαν ότι αναμειγνύοντας το διάλυμα οξέος με την ακετόνη (σ.σ. είναι μια χημική ουσία γνωστή ως αραιωτικό της βαφής ή αφαίρεσης του βερνικιού των νυχιών), κατάφεραν να διαλύσουν το νάιλον και να εξαγάγουν αποτελεσματικά το οξύ, αφήνοντας το νάιλον φιλμ σε πιεζοηλεκτρική φάση!
«Η ακετόνη συνδέεται πολύ έντονα με τα όξινα μόρια, οπότε όταν αυτή εξατμίζεται από το διάλυμα του νάιλον, παίρνει το οξύ μαζί της. Αυτό που μένει είναι το νάιλον στην πιεζοηλεκτρική κρυσταλλική φάση του. Το επόμενο βήμα είναι να μετατρέψουμε το νάιλον σε νήματα και έπειτα να τα ενσωματώσουμε σε υφάσματα», δημοσιοποίησε ο καθηγητής κ. Asadi.
Η ανάπτυξη πιεζοηλεκτρικών ινών αποτελεί ένα σημαντικό βήμα ως προς την ικανότητα παραγωγής ηλεκτρονικών υφασμάτων με σαφείς εφαρμογές στον τομέα των φορητών ηλεκτρονικών.
Ο στόχος είναι να ενσωματωθούν ηλεκτρονικά στοιχεία, όπως είναι οι αισθητήρες, σε ένα ύφασμα και να παράγεται ενέργεια από αυτές, ενώ βρισκόμαστε εν κινήσει!
Πιθανότατα, η συλλεγόμενη ηλεκτρική ενέργεια από τις ίνες των πιεζοηλεκτρικών ενδυμάτων θα μπορεί να αποθηκευτεί σε μια μπαταρία, που θα βρίσκεται τοποθετημένη σε μια τσέπη. Αυτή η μπαταρία θα μπορεί να συνδεθεί στη συνέχεια με μια συσκευή είτε μέσω καλωδίου είτε ασύρματα!
«Στα επόμενα χρόνια, θα μπορούσαμε έτσι να χρησιμοποιήσουμε τα μπλουζάκια μας, για να τροφοδοτήσουμε μια συσκευή, όπως είναι το κινητό τηλέφωνο μας, καθώς περπατάμε στο δάσος ή για να παρακολουθήσουμε την υγεία μας», κατέληξε ο καθηγητής κ. Asadi!
©Typologos.com 2020
