Sciencemag.cz
Doporučujeme
Nanotechnologové z Texaské univerzity v Dallasu a dalších institucí vyrobili z uhlíkových nanotrubiček nový typ materiálu, který účinně převádí mechanický pohyb na elektrickou energii. Jde o jakousi high-tech tkaninu nazvanou twistron. Elektrickou energii generuje při natažení nebo zkroucení.
Twistrony všité do běžných textilií by mohly využívat lidský pohyb, dále se nabízí např. zpracování energie mořských vln. Autoři studie uvádějí, že materiál lze také kombinovat s elektrolyty nebo s jeho pomocí nabíjet superkondenzátory. V jedné z demonstrací se elektrický proud vytvářel vždy, když dobrovolník pohnul loktem, kolem něhož měl omotanou látku s twistrony. Nabízí se tedy i využití v roli senzoru monitorujícího pohyb.
Výzkumníci s twistrony na bázi vláken z uhlíkových nanotrubiček přišli již v roce 2017. Předchozí verze twistronů byly vysoce elastické, čehož se podle průvodní tiskové zprávy dosáhlo vnesením tolika zákrutů, že se „příze“ smotala jako mnohokrát překroucená gumička. Elektrická energie se ve svinutých přízích vytváří opakovaným natahováním a uvolňováním vláken nebo jejich kroucením a rozmotáváním. V nové studii vědci vlákna nezkroutili do bodu, kdy by se smotala. Místo toho propletli tři jednotlivá vlákna ze spředených uhlíkových nanotrubiček do jediného, podobně jako když se vyrábějí objemnější vlákna běžných textilií.
Je zde ale jeden rozdíl. V běžných textiliích jsou vlákna zkroucena jedním směrem a splétají se opačně, čímž se dosahuje stability proti samovolnému rozpletení. Naopak twistrony jsou „stejnětočivé“ (same-handedness); původní text používá rovněž výrazy homochirální a heterochirální.
Při pokusech s twistrony nového typu byla dosažena účinnost přeměny energie 17 % pro získávání energie z tahu (natahování) a 22 % z krutu (kroucení). Předchozí verze twistronů dosahovaly v obou případech maximálně 8 %. Oproti konkurenci mají twistrony také vysoký výkon v přepočtu na hmotnost „zařízení/stroje“, dobře pracují v širokém rozsahu frekvencí (2–120 Hz). Spoluautor studie Ray Baughman z Texaské univerzity v Dallasu uvádí, že lepší výkonnost vrstvených twistronů je důsledkem bočního stlačení příze při natahování nebo kroucení. Tento proces přivádí vrstvy do vzájemného kontaktu způsobem, který ovlivňuje elektrické vlastnosti příze. Při natažení dojde paradoxně ke zvýšení hustotu uhlíkových nanotrubiček a právě jejich stlačení k sobě přispívá k jejich schopnosti sbírat energii. (Poznámka: subjektivně, příslušné výklady neznějí, co se týče detailů příslušných mechanismů, úplně srozumitelně. Taktéž samotná terminologie, zda se z nanotrubiček přede nebo tká nebo co vlastně…?) Optimální výkon mají twistrony ze tří vrstev.
Autoři výzkumu si již požádali o patent.
Ray Baughman, Mechanical energy harvesters with tensile efficiency of 17.4% and torsional efficiency of 22.4% based on homochirally plied carbon nanotube yarns, Nature Energy (2023). DOI: 10.1038/s41560-022-01191-7. www.nature.com/articles/s41560-022-01191-7
Zdroj: University of Texas, Dallas / TechXplore.com
