Eine farbenfrohe Computerillustration eines wabenartigen Netzwerks. ImpaKPro / iStock
Körperbewegungen könnten bald wie nie zuvor elektrisiert werden.
Wissenschaftler haben laut einer aktuellen Studie eine neuartige Membran – oder triboelektrisches Gewebe – entwickelt, die in der Lage ist, Energie aus Körperbewegungen zu erzeugen und gleichzeitig die Flexibilität und Atmungsaktivität moderner Kleidung beizubehaltenveröffentlicht in der ZeitschriftNanoenergie.
Bisher kann die Technologie nur LED-Leuchten und Taschenrechner mit Strom versorgen, aber dies stellt einen bedeutenden Schritt in Richtung der Zukunft tragbarer Geräte dar.
Elektrospun-Fasern können "einfangen" und helfen, die tragbare Ladung aufrechtzuerhalten
Die Technologie, die dem neuen Gewebe zugrunde liegt, wird triboelektrische Nanogeneratoren TENGs genannt, und der entscheidende Fortschritt bei der Veröffentlichung bestand darin, die üblichen Hindernisse zu überwinden, denen tragbare Ladegeräte ausgesetzt waren: eine Fülle von Beschwerden, mangelnde Atmungsaktivität und SteifheitAls Antwort darauf hat das Team von Wissenschaftlern aus China und Japan erfolgreich ein neues mehrschichtiges TENG entwickelt, das die einzigartigen Eigenschaften von elektrogesponnenen Fasern nutzt und Nanodrähte und eine Polystyrol-Ladungsspeicherschicht einfügte, um der Verlustleistung zu widerstehen. Dies bietet sowohl eine höhere elektrische Leistung, und verbesserte Tragbarkeit, so die Veröffentlichung. Der triboelektrische Effekt ist der Schlüssel zum Aufladen durch Körperbewegungen, die auftritt, wenn zwei unterschiedliche Materialien nach dem Kontakt voneinander wegbewegt werden. Triboelektrische Nanogeneratoren nutzen diesen Effekt, um mechanische Bewegung in nutzbare elektrische Energie umzuwandeln.
"Die Kompaktheit von TENGs ermöglicht es, sie als tragbare Geräte zu verwenden, die die Bewegung des Körpers für die Leistungselektronik nutzen können", lesen Sie eine Pressemitteilung, die mit IE geteilt wurde. "Da es sich um Wearables handelt, liegt der Schwerpunkt auf den Stoffeigenschaften wie zwie der Komfort des Materials und die Ladungstragfähigkeit der Nanogeneratoren." Typischerweise sind die für einen Nanogenerator ausgewählten triboelektrischen Materialien für den Menschen absolut sicher auch Biokompatibilität genannt. Elektrogesponnene Fasern haben viel Potenzial in tragbaren Anwendungen, daSie sind stark, wiegen nicht viel und besitzen nützliche elektrische Eigenschaften. Und die Forscher versuchten, dies durch elektrogesponnene Fasern zu verbessern, die das elektrostatische Potenzial und die Ladungserfassungsfähigkeiten des Materials verbessern können.
Wearable-Technologie ist auf dem Vormarsch
Und auf der Suche nach Möglichkeiten, dies zu erreichen, entwickelten die Forscher, die sowohl von der Nanjing University in China als auch von Fukui, Japan, stammten, eine Vollfaser-Verbundschicht TENG AF-TENG, die sich leicht in herkömmliche Stoffe integrieren lässt. „MitZiel unserer Arbeit ist es, einen neuen Blickwinkel auf tragbare Energy Harvester und Smart Textiles zu bieten", sagte Hiroaki Sakamoto, der korrespondierende Autor der Studie, in der Pressemitteilung. Beim AF-TENG sind zwei Schichten elektrogesponnener Fasern vorhanden. Eineist eine Art Nylon, die andere heißt Polyvinylidenfluorid PVDF. Diese beiden Schichten sind mit Silber-Nanodrähten bedeckt, die mit elektrogesponnenem Polystyrol zwischen der triboelektrischen Membran und den Silber-Nanodrähten noch verstärkt werden. Beim Tragen der neuen komplexen Membran,die mechanische Bewegung des Körpers vom Gehen oder Laufen Kräfte die triboelektrischen Schichten um eine Ladung zu gewinnen. „Auf diese Weise wird die mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt, die zum Betreiben elektronischer Geräte verwendet werden kann“, fügte die Pressemitteilung hinzu.
Bei den meisten triboelektrischen Geräten verliert das Material an Ladung und reduziert die Leistung des Nanogenerators.LEDs jeweils 0,06 Watt, um die Funktionsfähigkeit des Nanogenerators zu beweisen. Und es gibt noch mehr: „Dieses Gerät zeigt ein großes Potenzial, die statische Elektrizität aus unserer Kleidung zu gewinnen“, sagte Sakamoto in der PressemitteilungLEDs werden solche Geräte ausreizen. Aber diese neue Membran stellt einen wesentlichen Schritt in Richtung der Zukunft tragbarer Anwendungen dar, die schließlich etwas viel Komplexeres antreiben könnten. Vielleicht sogar eine Apple Watch.