Высокоэффективная дышащая ткань для питания носимой электроники

Использование движения тела для зарядки электронных устройств вскоре может стать реальностью благодаря разработке новых трибоэлектрических наногенераторов (ТЭНГ). Большинство существующих ТЭНГ не пропускают воздух, что делает их неудобными для ношения. Теперь ученые разработали многослойный ТЭНГ из волокон, изготовленных методом электроспининга, серебряных нанопроволок и слоя полистирола для хранения заряда, который не только обладает высокими электрическими характеристиками, но и удобен в носке.

Трибоэлектрический эффект - это явление, при котором на двух разнородных материалах образуется заряд, когда материалы раздвигаются после контакта друг с другом. Трибоэлектрические наногенераторы используют этот эффект для преобразования механического движения в электрическую энергию. Компактность ТЭНГов позволяет применять их в качестве носимых устройств, которые могут использовать движение тела для питания электроники.

Волокна, изготавливаемые методом электроспининга, являются многообещающим кандидатом, поскольку они легкие, прочные и обладают желаемыми электрическими свойствами. Электроспининг - это метод, при котором растворы полимеров вытягиваются в волокна с помощью электрического заряда. В настоящее время ведутся работы по добавлению металлов в такие волокна для улучшения электростатического потенциала и способности удерживать заряд.

В недавнем исследовании, информация о котором опубликована в журнале Nano Energy, ученые из японского университета Фукуи и Нанкинского университета (Китай), разработали цельноволокнистый композитный слой TENG (AF-TENG), который может быть легко интегрирован с обычной тканью.

AF-TENG содержит трибоэлектрическую мембрану, изготовленную из двух слоев волокон - одного из материала под названием поливинилиденфторид (PVDF) и другого типа нейлона. Эти слои покрыты серебряными нанопроволоками. Далее исследователи добавили слой электроспининговых полистироловых волокон между серебряными нанопроводами и трибоэлектрической мембраной.

Механическое движение тела во время ходьбы или бега заставляет трибоэлектрические слои набирать заряд. Таким образом, механическая энергия преобразуется в электрическую, которая может быть использована для питания электронных устройств.

Обычно заряд, накапливающийся на поверхности трибоэлектрика, постепенно теряется или рассеивается, снижая плотность поверхностного заряда и выходную мощность наногенератора. Однако в данном случае добавленная полистироловая мембрана собирает и удерживает заряд, сохраняя плотность поверхностного заряда AF-TENG. Исследователи использовали AF-TENG для питания 126 коммерческих светодиодов мощностью 0,06 Вт каждый, продемонстрировав практическую осуществимость создания наногенератора. Более того, устройство обладает гибкостью и воздухопроницаемостью, поскольку все компоненты состоят из волокнистых материалов. Эта технология показывает большой потенциал в сборе статического электричества с одежды.