Onderzoekers van Empa hebben een flexibel materiaal ontwikkeld dat bij stress elektriciteit opwekt. In de toekomst, het kan worden gebruikt als een sensor, geïntegreerd in kleding of zelfs geïmplanteerd in het menselijk lichaam, bijvoorbeeld, een pacemaker van stroom te voorzien.

Flexibel, biologisch, dun - eigenschappen die gewoonlijk niet worden geassocieerd met energiecentrales of sensoren. Maar een nieuw materiaal ontwikkeld door Empa-onderzoekers is precies dat:een dunne, biologisch, flexibele film die elektriciteit genereert als deze wordt uitgerekt en samengedrukt. Deze rubberen film kan worden verwerkt in bedieningsknoppen, kleding, robots of zelfs mensen, en monitor activiteiten, aanrakingen opnemen of elektriciteit opwekken bij stress om geïmplanteerde apparaten zoals pacemakers, bijvoorbeeld.

Beweging omzetten in elektriciteit

Dankzij het piëzo-elektrische effect, het speciaal ontworpen rubber is in staat mechanische bewegingen om te zetten in elektrische ladingen. De truc achter de opgewekte stroom is de interne polarisatie die verandert wanneer de rubberfilm mechanisch wordt belast.

Dit effect wordt gebruikt bij geluidsopnames op analoge platenspelers, bijvoorbeeld:de naald wordt zo door de groeven in de plaat geleid dat er mechanische trillingen ontstaan. In een piëzo-elektrisch kristal, deze trillingen worden omgezet in elektrische impulsen, die op hun beurt kunnen worden versterkt en omgezet in geluidsgolven.

Voor een lange tijd, het piëzo-elektrische effect was alleen bekend voor kristallen. Omdat deze zwaar en solide zijn, het effect kon alleen in bepaalde toepassingen worden gebruikt. Echter, Empa-onderzoeker Dorina Opris en haar collega's zijn er nu in geslaagd om elastomeren piëzo-elektrische eigenschappen te geven. Hoe dan ook, het nieuwe materiaal is niet gemakkelijk te produceren. Het rubber is een composietmateriaal gemaakt van polaire nanodeeltjes en een elastomeer (siliconen in het prototype). Allereerst, Yee Song Ko, een promovendus bij Empa, moet de twee materialen vormen voordat ze worden verbonden. Dit levert een dunne, elastische folie, waarin de polaire delen van de nanodeeltjes nog steeds willekeurig zijn georiënteerd.

Om een ​​piëzo-elektrisch materiaal te maken, Song Ko moet een interne polarisatie introduceren met behulp van een sterk elektrisch veld. Om dit te behalen, de film wordt verwarmd totdat de glasovergangstemperatuur van de nanodeeltjes is overschreden en ze veranderen van een vaste stof, glazige staat in een rubberachtige, viskeuze. Onder deze voorwaarden, de polaire delen worden georiënteerd door het elektrische veld. De bereikte oriëntatie wordt uiteindelijk bevroren door het materiaal af te koelen tot kamertemperatuur.

Lichaamsdelen als energiecentrale

Er is een schat aan potentiële toepassingen voor de nieuwe rubberfilm. Het kan worden gebruikt om druksensoren te bouwen, bijvoorbeeld. Als het materiaal wordt gecomprimeerd, er wordt een elektrische impuls geproduceerd die door apparaten kan worden ontvangen en "begrepen". Dit kan worden gebruikt om een ​​nieuw type bedieningsknoppen te ontwikkelen, maar ook een gevoelige huid voor robots die (druk)aanrakingen kunnen voelen. Bovendien, de film kan nuttig zijn in kleding om de activiteiten van de drager te volgen of elektriciteit op te wekken uit hun bewegingen. "Dit materiaal zou waarschijnlijk zelfs kunnen worden gebruikt om energie uit het menselijk lichaam te halen, " zegt Opris. "Je zou het in de buurt van het hart kunnen implanteren om elektriciteit op te wekken uit de hartslag, bijvoorbeeld." Dit kan pacemakers of andere geïmplanteerde apparaten van stroom voorzien, het elimineren van de noodzaak voor invasieve operaties om de batterij te vervangen.