نخ‌هایی که برق تولید می‌کنند

بر اساس بیانیه مطبوعاتی دانشگاه تگزاس در دالاس (UTD) پژوهشگران این دانشگاه یک نوع جدید و بهبود یافته از نخ‌های دارای تکنولوژی پیشرفته به نام توئیسترون (twistron) را مهندسی کرده‌اند که در صورت کشیده یا پیچانده شدن، برق تولید می‌کند.

این نوآوری جدید بسیار شبیه به نخ پشمی یا پنبه سنتی است و توانایی تبدیل حرکت مکانیکی به برق را دارد.

البته این کشف کاملاً جدید نیست؛ چرا که اولین بار توسط پژوهشگران همین دانشگاه در مطالعه‌ای که در سال ۲۰۱۷ منتشر شد، توصیف شد. اما این نسخه‌ جدید با کارآمدی قابل توجهی نسبت به نسخه اولیه بهبود یافته است.

پیچ و تاب خوردن

نسخه‌های قبلی توئیسترون‌ها دارای خاصیت ارتجاعی بالایی بودند و می‌توانستند با کشش و رها شدن مکرر یا پیچاندن و باز شدن، الکتریسیته تولید کنند.

با این حال، پژوهشگران در این مطالعه جدید، این الیاف را تا نهایتِ حدِ پیچ خوردگی نپیچاندند و به جای آن بر روی در هم تنیدن سه رشته جداگانه از این الیاف نانولوله کربنی ریسیده شده برای ساختن یک نخ واحد تمرکز کردند.

دکتر ری باومن (Ray Baughman) مدیر مؤسسه نانوتکنولوژی آلن جی مک دیارمید (Alan G. MacDiarmid) در دانشگاه تگزاس در دالاس گفت: نخ‌های لایه‌ای که در منسوجات استفاده می‌شوند، معمولاً با رشته‌های منفرد ساخته می‌شوند که در یک جهت تابیده می‌شوند و سپس در جهت مخالف به هم می‌پیوندند تا نخ نهایی ساخته شود. این ساختار، پایداری در برابر پیچش فراهم می‌کند.

وی افزود: در مقابل، توئیسترون‌های نانولوله‌ای کربنی ما با بالاترین کارایی، پیچش و چرخش یکدستی دارند.

پژوهشگران سپس این نخ‌های جدید را آزمایش کردند و دریافتند که آن‌ها بازده تبدیل انرژی ۱۷.۴ درصدی را در انرژی کششی و ۲۲.۴ درصدی را در برداشت انرژی پیچشی نشان می‌دهند که این به طور قابل توجهی بیشتر از نسخه‌های قبلی با بازدهی ۷.۶ درصدی است.

باومن گفت: این توئیسترون‌ها توان خروجی بالاتری در یک محدوده فرکانسی گسترده - بین ۲ تا ۱۲۰ هرتز - نسبت به گزارش‌های قبلی برای هر برداشت کننده انرژی مکانیکی غیر توئیسترونی مبتنی بر مواد دارند.

وی توضیح داد که گروه او موفق شده با فشرده‌سازی جانبی این نخ در هنگام کشش یا پیچش، عملکرد آن را برجسته کند. این فرآیند جدید به لایه‌ها اجازه می‌دهد به گونه‌ای با یکدیگر تماس پیدا کنند که بر خواص الکتریکی نخ تأثیر بگذارد.

یک نخ غیرعادی

باومن گفت: مواد ما کاری بسیار غیرعادی انجام می‌دهند.

"این فرآیند جدید به لایه‌ها اجازه می‌دهد به گونه‌ای با یکدیگر تماس پیدا کنند که بر خواص الکتریکی نخ تأثیر بگذارد"زمانی که آن‌ها را می‌کشید، به جای این که چگالی کمتری داشته باشند، چگال‌تر می‌شوند. این تراکم، نانولوله‌های کربنی را به هم نزدیک‌تر می‌کند و به توانایی آن‌ها در برداشت انرژی کمک می‌کند.

وی افزود: ما گروه بزرگی داریم که سعی می‌کنند به شکل کامل‌تر بفهمند که چگونه به چنین نتایج خوبی دست یافته‌ایم.

این نخ‌های جدید می‌توانند با به کار گرفته شدن در دوخت لباس‌ها، برای تولید و برداشت انرژی از حرکت انسان استفاده شوند.

پژوهشگران در یک آزمایش، این نخ‌ها را به یک تکه پارچه نخی دوختند که بلافاصله به دور آرنج یک فرد پیچیده شد و هنگامی که فرد مکرراً آرنج خود را خم و باز می‌کرد، سیگنال‌های الکتریکی تولید شد.

اکنون پژوهشگران برای ثبت اختراع خود اقدام کرده‌اند و پژوهش خود را در مجله Nature Energy منتشر کرده‌اند.

منبع: آی‌ای