Новый максимум

Техасский университет в Далласе

Подписываясь, вы соглашаетесь с нашими Условиями использования и политикой. Вы можете отказаться от подписки в любое время.

Исследователи Техасского университета в Далласе (UTD) и их коллеги разработали новый и улучшенный тип высокотехнологичной пряжи под названием «твистроны», которая генерирует электричество при растяжении или скручивании, согласно пресс-релизу учреждения, опубликованному в четверг.

Новое нововведение во многом похоже на традиционную шерстяную или хлопчатобумажную пряжу, только оно способно преобразовывать механическое движение в электричество. Открытие не совсем новое. Впервые он был описан исследователями UTD в исследовании, опубликованном в 2017 году, но эта новая версия улучшает оригинал, будучи значительно более эффективной.

Эти предыдущие версии твистронов были очень эластичными и могли генерировать электричество, многократно растягиваясь и отпуская или скручивая и раскручивая.

Однако в новом исследовании исследовательская группа не скручивала волокна до точки скручивания, а вместо этого сосредоточилась на переплетении трех отдельных нитей волокон из углеродных нанотрубок, чтобы получить единую нить.

«Крученая пряжа, используемая в текстиле, обычно состоит из отдельных прядей, которые скручены в одном направлении, а затем сложены вместе в противоположном направлении, чтобы получить окончательную пряжу», — сказал доктор Рэй Боуман, директор Института нанотехнологий Алана Г. МакДиармида в США. UT Даллас и соответствующий автор исследования.

«Эта гетерохиральная конструкция обеспечивает устойчивость к раскручиванию».

«Напротив, наши высокоэффективные твистроны со слоями углеродных нанотрубок имеют одинаковую скрутку и скручивание — они гомохиральны, а не гетерохиральны», — сказал Боуман, заслуженный профессор химии Роберта А. Уэлча в Школе естественных наук. Науки и математика.

Техасский университет в Далласе

Затем исследователи протестировали новую пряжу посредством экспериментов и обнаружили, что она продемонстрировала эффективность преобразования энергии 17,4 процента для сбора энергии растяжения (растяжения) и 22,4 процента для сбора энергии кручения (скручивания). Это было значительно больше, чем у старых моделей (7,6 процента).

«Эти твистроны имеют более высокую выходную мощность на вес комбайна в широком диапазоне частот — от 2 до 120 Гц — чем сообщалось ранее для любого не твистронного комбайна, основанного на использовании механической энергии», — сказал Баугман.

Боуман объяснил, что его команде удалось подчеркнуть эффективность скрученных твистронов за счет бокового сжатия пряжи при растяжении или скручивании. Этот новый процесс позволяет слоям вступать в контакт друг с другом, что влияет на электрические свойства пряжи.

«Наши материалы делают что-то очень необычное», — заявил Боуман.

«Когда вы их растягиваете, вместо того, чтобы становиться менее плотными, они становятся более плотными. Такое уплотнение сближает углеродные нанотрубки и способствует их способности собирать энергию».

«У нас есть большая команда теоретиков и экспериментаторов, пытающихся более полно понять, почему мы получаем такие хорошие результаты», — добавил он.

Новые нити также можно использовать для обнаружения и сбора данных о движениях человека. В одном эксперименте команда сшила из пряжи лоскут хлопчатобумажной ткани, который затем обернули вокруг локтя человека. Электрические сигналы генерировались, когда человек неоднократно сгибал локоть.

Исследователи уже подали заявку на патент. Исследование опубликовано в журнале Nature Energy.

Необходимы усовершенствованные методы сбора механической энергии. Нити из спиральных углеродных нанотрубок, называемые твистронами, используют вызванные растяжением изменения электрохимической емкости для преобразования механической энергии в электричество. Удлинение пряжи приводит к таким большим боковым коэффициентам Пуассона, что пряжа сильно уплотняется при растяжении, что способствует сбору урожая. Здесь мы сообщаем о скрученных твистронах вместо спиральных, которые повышают эффективность преобразования энергии пряжи с 7,6% до 17,4% при растяжении и до 22,4% при скручивании. Это объясняется дополнительными механизмами уборки за счет растяжения пряжи и боковых деформаций. При сборе энергии в диапазоне от 2 до 120 Гц наш многослойный твистрон имеет более высокую гравиметрическую пиковую и среднюю мощность, чем сообщается о не-твистронных устройствах для сбора механической энергии, основанных на материалах. Мы вшиваем твистроны в ткань для определения и сбора данных о движении человека, используем их в соленой воде для сбора энергии океанских волн и используем для зарядки суперконденсаторов.