Hareketi Elektriğe Dönüştüren Yeni ‘Kumaş’
NTU Singapur’daki bilim insanları, vücut hareketlerinden üretilen enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren gerilebilir ve su geçirmez bir “kumaş” geliştirdiler.
Kumaştaki önemli bir bileşen, preslendiğinde veya sıkıştırıldığında mekanik gerilimi elektrik enerjisine dönüştüren bir polimerdir. Ayrıca taban katmanı olarak gerilebilir elastandan yapılmıştır ve güçlü, esnek ve su geçirmez kalması için kauçuk benzeri bir malzeme ile birleştirilmiştir.
Nisan ayında Advanced Materials bilimsel dergisinde bildirilen bir kavram kanıtı deneyinde, NTU Singapur ekibi, yeni kumaşın 3x4cm’lik bir parçasına dokunmanın 100 LED’i yakmak için yeterli elektrik enerjisi ürettiğini göstermiştir.
Kumaşı yıkamak, katlamak ve buruşturmak herhangi bir performans düşüşüne neden olmamıştır ve beş aya kadar sabit elektrik çıkışını koruyabilmiştir.
Araştırmayı yöneten malzeme bilimcisi ve NTU Ortak Müdürü (Lisans Eğitimi) Profesörü Lee Pooi See şunları söylemiştir: “Hareketten enerji toplayabilen kumaş veya giysiler geliştirmek için birçok girişimde bulunuldu, ancak büyük bir zorluk, yıkandıktan sonra işlevi bozulmayan ve aynı zamanda mükemmel elektrik çıkışını koruyan bir şey geliştirmek olmuştur. Çalışmamızda, prototipimizin yıkama ve buruşmadan sonra da iyi çalışmaya devam ettiğini gösterdik. T-shirtlere dokunabileceğini veya vücudun en küçük hareketlerinden enerji toplamak için ayakkabı tabanlarına entegre edilebileceğini düşünüyoruz.”
Alternatif Bir Enerji Kaynağının Sonuçlarının Alınması
NTU ekibi tarafından geliştirilen elektrik üreten kumaş, günlük yaşamda en küçük vücut hareketlerinden üretilen titreşimleri elektriğe dönüştüren bir enerji toplama cihazıdır. Prototip kumaş iki şekilde elektrik üretir; preslendiğinde veya ezildiğinde (piezoelektrik) ve deri veya lastik eldivenler gibi diğer malzemelerle temas ettiğinde veya sürtünme halindeyken (triboelektrik etki). Prototipi imal etmek için, bilim insanları önce gümüş ve stiren-etilen-bütilen-stiren (SEBS) içeren bir “mürekkep”, daha esnek ve su geçirmez hale getirmek için dişliklerde ve gidon kulplarında bulunan kauçuk benzeri bir malzeme olan bir “mürekkebin” ekran baskısını yaparak gerilebilir bir elektrot yapmışlardır. Bu gerilebilir elektrot daha sonra iki ana bileşenden oluşan bir nanofiber kumaş parçasına bağlanmaktadır: poli(viniliden florür)-ko-heksafloropropilen(PVDFHPF), sıkıştırıldığında, büküldüğünde veya gerildiğinde elektrik yükü üreten bir polimer; ve güneş pilleri ve LED’ler alanında umut verici bir malzeme olan kurşunsuz perovskitler.
NTU Doktora Araştırma ekibinin bir parçası olan Doktora Öğrencisi Jiang Feng şöyle açıklamıştır: “PVDF-HPF’ye perovskitleri yerleştirmek, prototipin elektrik çıkışını arttırmaktadır. Çalışmamızda, daha çevre dostu bir seçenek olarak kurşunsuz perovskitleri seçtik. Perovskitler doğası gereği kırılgan olsa da, onları PVDF-HPF’ye entegre etmek, perovskitlere olağanüstü mekanik dayanıklılık ve esneklik kazandırmaktadır. PVDF-HPF ayrıca, mekanik özelliği ve stabilitesine katkıda bulunan perovskitlere ekstra bir koruma katmanı görevi görür.”
Sonuç, LED’ler ve ticari kapasitörler gibi küçük elektronik cihazlara güç sağlamak için yeterli olan, metrekare başına 2,34 watt üreten bir prototip kumaştır. Prototip kumaşlarının nasıl çalışabileceğini göstermek için NTU bilim insanları, kumaşın 3×4 cm’lik bir parçasına sürekli olarak el ile dokumanın, 100 LED’i nasıl yakabileceğini veya -elektrik enerjisini depolayan ve cep telefonları gibi cihazlarda bulunan- çeşitli kapasitörleri şarj edebildiğini göstermişlerdir. Kumaş iyi bir dayanıklılık ve stabilite göstermiştir; elektriksel özellikleri yıkama, katlama ve buruşma sonrasında bozulmamıştır.
Ayrıca, beş aya kadar sürekli ve istikrarlı bir elektrik çıkışı üretmeye devam etmiştir. Bilim insanları, kumaşlarının kol, bacak, el ve dirseğe ve ayrıca ayakkabıların iç tabanlarına bağlayarak bir dizi insan hareketinden gelen enerjiyi kullanabildiğini ve bunu hareketleri etkilemeden yaptığını göstermişlerdir. Prof. Lee şunları söylemiştir: “Gelişmiş pil kapasitesi ve azaltılmış güç talebine rağmen, giyilebilir cihazlar için güç kaynakları hala sık pil değiştirmeyi gerektiriyor. Sonuçlarımız, enerji toplama prototip kumaşımızın bir insandan gelen titreşim enerjisini bir pilin ömrünü uzatmak veya potansiyel olarak uzatmak için kullanabileceğini gösteriyor. Bildiğimiz kadarıyla bu, kararlı, gerilebilir, nefes alabilen, su geçirmez ve aynı zamanda olağanüstü elektriksel çıkış performansı sağlayabilen ilk hibrit perovskit-tabanlı enerji cihazıdır.”
Bu kumaş tabanlı enerji toplama prototipi, NTU ekibinin çevrede üretilen enerjinin nasıl temizlenebileceğine bakan çalışma grubu üzerine kuruludur. Örneğin, ekip kısa süre önce, filmin üzerine düşen rüzgar veya yağmur damlalarından üretilen enerjiyi kullanmak için çatılara veya duvarlara monte edilebilecek bir film türü geliştirmiştir. Ekip şimdi aynı kumaşın farklı enerji biçimlerini toplamak için nasıl uyarlanabileceğini araştırmaktadır.
Kaynak: techxplore.com
