محققان دانشگاه تگزاس و همکارانشان یک نوع جدید و بهبود یافته از نخ با تکنولوژی بالا به نام “twistrons” را مهندسی کرده اند که در صورت کشیده شدن یا پیچاندن برق تولید می کند.
به گزارش تکناک، نوآوری جدید بسیار شبیه ریسمان های پشمی یا پنبه ای سنتی هستند، فقط توانایی تبدیل حرکت مکانیکی به برق را دارد.
تولید برق از نخ کاملاً جدید نیست. این فناوری اولین بار توسط محققان UTD در مطالعه ای که در سال 2017 منتشر شد توصیف شد، اما این نسخه جدید با کارآمدی قابل توجهی نسبت به نسخه اصلی بهبود یافته است.
پیچ خورده و بازشده
نسخههای قبلی twistron ها دارای خاصیت ارتجاعی بالایی بودند و میتوانستند با کشش و رها شدن مکرر یا پیچاندن و بازکردن برق تولید کنند.
با این حال، در مطالعه جدید، تیم تحقیقاتی الیاف را تا سرحد بسیار متراکم نپیچاندند بلکه سه رشته مجزا از الیاف نانولوله کربنی را برای ساختن یک رشته، در هم تنیده اند
دکتر ری باگمن، مدیر موسسه نانوتکنولوژی Alan G. MacDiarmid و دکتر آلن جی مک دیارمید از دانشگاه UT دالاس و نویسنده مسئول این مطالعه میگوید: نخهای چندلا که در منسوجات استفاده میشود معمولاً با رشتههای مجزا ساخته میشوند که در یک جهت به هم پیچیده میشوند و سپس در جهت مخالف به هم تابیده میشوند تا نخ نهایی را بسازند.این ساختار هتروکایرال پایداری در برابر پیچش را فراهم می کند.
باگمن می گوید: در مقابل، پیچشهای نانولولهای کربنی ما با بالاترین کارایی، پیچش و چرخش یکدست را دارند آنها به جای هتروکایرال، همو کایرال هستند.
محققان سپس نخ های جدید را از طریق آزمایشات مورد مطالعه قرار دادند و دریافتند که آنها بازده تبدیل انرژی 17.4 درصد برای برداشت انرژی کششی (کششی) و 22.4 درصد برای برداشت انرژی پیچشی (پیچشی) را نشان دادند. این به طور قابل توجهی بیشتر از مدل های قدیمی تر (7.6 درصد) بود.
باگمن گفت: این twistron ها توان خروجی بالاتری به ازای هر وزن برداشت کننده انرژی در محدوده فرکانس بین 2 هرتز و 120 هرتز را دارند. این توان نسبت به آنچه قبلاً برای هر برداشت کننده انرژی مکانیکی غیر twistron و مبتنی بر مواد گزارش شده بود بیشتر است.
باگمن توضیح داد که تیم او موفق شد با وارد کردن فشردهسازی جانبی نخ در هنگام کشش یا پیچش، عملکرد twistron های تابدار را برجسته کند. این فرآیند جدید به لایه ها اجازه می دهد به گونه ای با یکدیگر تماس پیدا کنند که بر خواص الکتریکی نخ تأثیر بگذارد.
یک چیز خیلی غیرعادی
باگمن گفت: مواد ما کاری بسیار غیرعادی انجام می دهد.زمانی که آنها را می کشید، به جای اینکه چگالی کمتری داشته باشند، چگالتر میشوند. این تراکم، نانولولههای کربنی را به هم نزدیکتر میکند و به توانایی آنها در برداشت انرژی کمک میکند.
او افزود: ما تیم بزرگی از نظریه پردازان و تجربی گرایان داریم که سعی می کنند به طور کامل تر بفهمند که چرا چنین نتایج خوبی به دست می آوریم.
نخ های جدید همچنین می توانند به عنوان حسگر و برداشت انرژی از حرکت انسان استفاده شوند. در یک آزمایش، تیم نخ ها را به یک تکه پارچه نخی دوخت که سپس دور آرنج فرد پیچیده شد. هنگامی که فرد مکرراً آرنج خود را خم می کرد، سیگنال های الکتریکی تولید شد.
اکنون محققان برای ثبت تولید برق از نخ اقدام کرده اند. این مطالعه در مجله Nature Energy منتشر شده است.
