Elastyczny materiał, który wytwarza prąd przy ucisku

Fot. empa.ch

Naukowcy z Empa opracowali elastyczny materiał, który generuje energię elektryczną w warunkach ucisku. W przyszłości może zostać wykorzystany jako czujnik zintegrowany z odzieżą lub nawet wszczepiony w ludzkie ciało, na przykład do zasilania rozrusznika.

Elastyczne, organiczne, cienkie – to właściwości, które zazwyczaj nie są kojarzone z elektrowniami ani czujnikami. Ale nowy materiał opracowany przez naukowców Empa jest dokładnie taki. Jest to elastyczny film, który wytwarza energię elektryczną, jeśli jest rozciągnięty i skompresowany. Może on zostać włączony do przycisków sterujących, odzieży, robotów, a nawet wszczepiony ludziom w celu monitorowania aktywności czy generowania energii, aby zasilać, na przykład, rozruszniki serca.

Dzięki efektowi piezoelektrycznemu specjalnie zaprojektowana guma jest w stanie przekształcić mechaniczne ruchy w ładunki elektryczne. Za wygenerowaniem prądu stoi wewnętrzna polaryzacja, która zmienia się, gdy gumowa folia jest poddawana mechanicznemu naprężeniu.

Przez długi czas efekt piezoelektryczny był znany tylko w kryształach. Ponieważ są one ciężkie i mocne, można było to wykorzystać tylko w niektórych zastosowaniach. Jednak badaczowi Empa, Dorinie Opris i jej współpracownikom udało się teraz nadać właściwości piezoelektryczne elastomerom.

Niemniej jednak nowy materiał nie jest łatwy do wyprodukowania. Kauczuk jest materiałem kompozytowym wykonanym z polarnych nanocząstek i właśnie elastomeru (którym w prototypie był silikon). Zacząć należy od tego, że Yee Song Koa z Empa, musi opracować dwa materiały przed ich podłączeniem. Daje to cienką, elastyczną folię, w której polarne nanocząstki są nadal losowo zorientowane.

Aby stworzyć materiał piezoelektryczny, należy następnie wprowadzić polaryzację wewnętrzną za pomocą silnego pola elektrycznego. Folię ogrzewa się aż do momentu, gdy zmieni się z litego, szklistego stanu w gumowaty, lepki. W tych warunkach reszty polarne są orientowane przez pole elektryczne. Osiągnięta orientacja zostaje ostatecznie zamrożona przez schłodzenie materiału do temperatury pokojowej.

Istnieje wiele potencjalnych zastosowań dla nowego filmu gumowego. Można na przykład użyć go do budowy czujników ciśnienia. Jeżeli materiał zostanie uciśnięty, powstaje impuls elektryczny, który może zostać odebrany i "zrozumiany" przez urządzenia. Może to być wykorzystane do opracowania nowatorskiego rodzaju przycisków sterujących, ale także wrażliwej skóry dla robotów, które mogłyby odczuwać dotknięcia.

Co więcej, film może być przydatny do monitorowania czynności użytkownika lub generowania energii elektrycznej z jego ruchów. "Ten materiał mógłby prawdopodobnie zostać użyty do uzyskania energii z ludzkiego ciała" - mówi Opris. "Można go wszczepić w pobliżu serca, by wygenerować elektryczność z bicia serca". Może to zasilać rozruszniki lub inne wszczepione urządzenia, eliminując potrzebę inwazyjnych operacji w celu zmiany baterii.

(KB)