Ученые создали новую мембрану - или трибоэлектрическую ткань - способную генерировать энергию от движения тела, сохраняя при этом гибкость и воздухопроницаемость современной одежды, говорится в недавнем исследовании, опубликованном в журнале Nano Energy. Пока эта технология может питать только светодиодные лампы и калькуляторы, но это важный шаг на пути к будущему носимых устройств.

 ImpaKPro / iStock

реклама

 

Электропрядные* волокна могут "улавливать" и поддерживать заряд носимых устройств

Технология, лежащая в основе новой ткани, называется трибоэлектрические наногенераторы (TENGs), и ключевым достижением в ее разработке является устранение типичных проблем, с которыми сталкивались носимые зарядные устройства: сильный дискомфорт, недостаточная воздухопроницаемость и жесткость. В ответ на это команда ученых из Китая и Японии успешно разработала новый многослойный TENG, используя уникальные свойства электропрядных волокон. Они также добавили нанопровода и слой накопителя заряда из полистирола, чтобы противостоять рассеиванию энергии. Это обеспечивает как более высокие электрические характеристики, так и повышенную износостойкость, говорится в релизе. Трибоэлектрический эффект является ключевым для зарядки от движения тела, которая происходит, когда два разнородных элемента удаляются друг от друга после контакта. Трибоэлектрические наногенераторы используют этот эффект для преобразования механического движения в полезную электрическую энергию.

"Компактность TENGs позволяет использовать их в качестве носимых устройств, которые могут использовать движение тела для питания электроники", - говорится в пресс-релизе. "В носимых устройствах особое внимание уделяется таким свойствам ткани, как комфортность материала и способность наногенераторов передавать заряд". Как правило, трибоэлектрические материалы, выбранные для наногенератора, полностью безопасны для человека при ношении (это также называется биосовместимостью). Электропрядные волокна имеют большой потенциал в носимых устройствах, поскольку они прочны, мало весят и обладают полезными электрическими свойствами. Исследователи попытались улучшить эти свойства с помощью электропрядных волокон, которые могут повысить электростатический потенциал и способность материала к захвату заряда.

Инфографика, показывающая, как слои новой мембраны комбинируются с более традиционными технологиями.  Source: University of Fukui

 

Носимые технологии становится все более востребованными

В поисках способов достижения этой цели исследователи из Нанкинского университета в Китае и Фукуи (Япония) разработали полностью волокнистый композитный слой TENG (AF-TENG), который легко интегрируется в обычные ткани . "Благодаря нашей работе мы стремимся предложить новый взгляд на носимые источники  энергии и "умный" текстиль", - заявил в пресс-релизе Хироаки Сакамото, ведущий автор исследования В AF-TENG присутствуют два слоя электропрядных волокон. Один из них представляет собой разновидность нейлона, а другой называется поливинилиденфторид (PVDF). Эти два слоя покрыты серебряными нанопроволоками, которые дополнительно усилены электропряденым полистиролом, помещенным между трибоэлектрической мембраной. Во время использования новой мембраны механическое движение тела (при ходьбе или беге) заставляет трибоэлектрические слои набирать заряд. "Таким образом, механическая энергия преобразуется в электрическую, которая может быть использована для питания электронных устройств", - говорится в релизе.

В большинстве устройств на основе трибоэлектрических слоев материал быстро теряет заряд, что снижает производительность наногенератора. Но добавив полистирольную мембрану, ученые придали устройству способность собирать и "удерживать" заряд, благодаря чему его плотность сохраняется. В ходе исследования ученые использовали AF-TENG для питания 136 светодиодов (каждый мощностью 0,06 Вт), чтобы доказать жизнеспособность наногенератора. И это еще не все: "Это устройство показывает большой потенциал в сборе статического электричества с нашей одежды", - заявил Сакамото в релизе. Пока такие устройства работают на малой мощности, питая только светодиоды. Тем не менее, эта новая мембрана представляет собой большой шаг на пути к будущему носимых устройств, которые в конечном итоге могут питать что-то гораздо более сложное. Возможно, даже Apple Watch.

*Электропрядение, электроспиннинг - метод получения полимерных волокон в результате действия электростатических сил на электрически заряженную струю полимерного раствора.