Хотя многие группы разрабатывают «умные ткани», вырабатывающие энергию, эта технология часто слишком сложна, чтобы ее можно было масштабировать до коммерческого использования. Однако теперь ученые разработали простой метод вышивки электрических генераторов на обычной ткани.
Новая методика разрабатывается командой в Университете штата Северная Каролина.
Она включает в себя специальную пряжу, изготовленную из имеющейся в продаже медной проволоки, покрытой полиуретаном. Эта пряжа вышивается на основе из обычной хлопчатобумажной ткани или потенциально любого другого материала. Однако в области, где добавляется пряжа, хлопок покрыт тканью, изготовленной из синтетического полимера, называемого ПТФЭ (политетрафторэтилен). Между ПТФЭ и медными проводами есть крошечный зазор.
На последнем этапе поверх пряжи из медной проволоки вышивается защитный слой из обычной хлопчатобумажной пряжи.
Когда пользователь одежды, включающей пряжу, впоследствии перемещается, провода и ПТФЭ входят и выходят из контакта друг с другом. Когда они соприкасаются, электроны перемещаются между ними, генерируя электрический ток. Это явление известно как трибоэлектрический эффект, и именно оно отвечает за статический заряд, который возникает, когда вы расчесываете волосы. Небольшие устройства, которые используют этот эффект для выработки полезного электричества, называются трибоэлектрическими наногенераторами (ТЭНГ).
В ходе лабораторных испытаний некоторые трибоэлектрические наногенераторы из медной проволоки были вышиты на джинсовой ткани, которую носили на ладони, на локте, под мышкой и на колене. Во всех случаях устройства генерировали электрические сигналы, которые можно было использовать для отслеживания движения соответствующей части тела. Кроме того, когда один из трибоэлектрических наногенераторов был прикреплен к стельке обуви, он функционировал как шагомер, генерируя электрические сигналы различной силы в зависимости от того, шел ли пользователь, бежал или прыгал.
Наконец, эта технология была использована для создания цифровой клавиатуры на руке, в которой каждая цифра была индивидуально вышита на основной ткани. В зависимости от того, на какую цифру нажимал пользователь, производился различный электрический сигнал.
И в качестве дополнительного преимущества вышитые трибоэлектрические наногенераторы недороги в применении, и было обнаружено, что они сохраняют свою функциональность после нескольких циклов стирки.
«В нашей технике используется вышивка, которая довольно проста — наши нити можно пришивать прямо к ткани», — говорит доцент Ронг Инь, руководивший исследованием. «Во время производства ткани вам не нужно ничего думать о носимых устройствах. Вы можете интегрировать пряжу, вырабатывающую энергию, после того, как предмет одежды будет изготовлен».
Статья об исследовании была недавно опубликована в журнале Nano Energy.
Источник: North Carolina State University.