لباسی که از تعریق بدن برق تولید می‌کند

غزال زیاری: این روزها دانشمندان در شاخه‌های مختلف علمی در حال درخشیدن هستند و برخی از آن‌ها از اختراع و تولید پدیده‌هایی خبر می‌دهند که در نوع خود مثال‌زدنی و جالب‌توجه هستند.

اخیراً گروهی از محققان کشف کرده‌اند که پنبه این قابلیت را دارد که به‌عنوان یک منبع انرژی عمل کرده و از رطوبت هوا، الکتریسیته استخراج کند. از همین رو آن‌ها به این فکر افتادند که پارچه پنبه‌ای معمولی را به یک ژنراتور برق خودکفا تبدیل کرده و این ژنراتور در تمام طول شبانه‌روز با جذب انرژی از رطوبت محیط، کار می‌کند.

این نوآوری بر پوشش‌های پلیمری مهندسی‌شده‌ای تکیه دارد که جریان مداومی از یون‌ها را حفظ کرده و خروجی الکتریکی پایداری را بدون نیاز به باتری یا منابع انرژی خارجی فراهم می‌آورند.

پوشش پارچه با پلی‌پیرول و پلی دوپامین

این پارچه با دو پلیمر پلی‌پیرول (PPy) و پلی دوپامین (PDA) پوشانده شده است. پلی‌پیرول نور را در طیف وسیعی جذب کرده و آن را با راندمان بالایی به گرما تبدیل می‌کند. وقتی این پارچه در معرض نور خورشید قرار می‌گیرد، به‌سرعت گرم شده و باعث تبخیر سریع آب می‌شود.

از سوی دیگر پلی‌دوپامین نور بیشتری را منعکس کرده و آب را با سرعت کمتری تبخیر می‌کند و همین باعث می‌شود که پارچه رطوبت را در خود نگه دارد.

نکته کلیدی اینجاست که محققان تنها نیمی از پارچه (که قبلاً با پلی‌پیرول تیمار شده بود) را با پلی دوپامین پوشاندند. این ساختار نامتقارن باعث می‌شود تا یک‌طرف پارچه نسبتاً مرطوب بماند و طرف دیگر به‌طور مداوم خشک می‌شود. نتیجه به‌دست‌آمده، یک اختلاف رطوبت دائمی است که باعث انتقال یون‌ها از طریق کانال‌های میکروسکوپی پنبه خواهد شد.

ژنراتور رطوبتی با پیشرانه تبخیر نوری

این تیم تحقیقاتی یک ژنراتور رطوبتی (PEMG) را توسعه دادند که پارچه پنبه‌ای را با پلیمر پیرول و لایه‌ای از پلی‌دوپامین اصلاح‌کرده و یک گرادیان دمایی نوری نامتقارن ایجاد می‌کند. طبق گفته این تیم، لایه نامتقارن PDA نه‌تنها مشکل تولید برق ناپایدار ناشی از اشباع آب را حل می‌کند، بلکه از تبخیر بیش‌ازحد که باعث به هم خوردن تعادل رطوبتی می‌شود هم جلوگیری می‌کند.

طبق گفته محققان، لامپ‌های LED سفید با این سیستم بیش از ۲۴ ساعت نور مداوم ساطع کردند. درعین‌حال ولتاژ مدار باز (Voc) این سیستم با ۶ واحد سری، در شدت تابش خورشید متوسط و رطوبت ۴۳ درصد به ۱.۱۸ ولت رسید؛ درحالی‌که این مقدار در شب (با رطوبت ۵۲ درصد) ۰.۷۲ ولت بود. سیستم‌های پوشیدنی طراحی‌شده با این واحدها، توان کافی برای دستگاه‌های الکترونیکی در شرایط طبیعی را فراهم می‌کنند.

فرآیند ساخت: از پنبه خام تا بنفش درخشان

فرآیند ساخت این پارچه با غوطه‌ور کردن پنبه خام در محلولی حاوی مونومرهای پیرول شروع می‌شود. پلیمریزاسیون مستقیماً روی الیاف انجام‌شده و یک لایه پلی‌پیرول رسانای سیاه تشکیل می‌دهد که تقریباً تمام نور دریافتی را جذب می‌کند.

در مرحله بعد، نیمی از پارچه به مدت یک روز در معرض محلول قلیایی دوپامین قرار می‌گیرد. در این مرحله، مولکول‌های دوپامین به‌صورت یک لایه فوق نازک روی پارچه قرار می‌گیرند. ضخامت این لایه باعث ایجاد تداخل نوری شده و به پارچه ظاهر بنفش و درخشانی شبیه حباب صابون می‌دهد. این لایه نور خیلی کمتری جذب کرده و به‌علاوه تضاد حرارتی ایجاد می‌کند.

وقتی این پارچه زیر نور خورشید قرار می‌گیرد، سمت پلی‌پیرول بسیار بیشتر از سمت پلی‌دوپامین گرم می‌گردد. این تفاوت دما باعث تسریع تبخیر در یک سمت شده و درنتیجه آب به شکل مداوم از سمت دیگری جذب و کشیده می‌شود و همین باعث حفظ جریان پایدار یون‌ها می‌گردد.

نویدبخش الکترونیک پوشیدنی

این فناوری برای لباس‌های هوشمند بسیار امیدوارکننده است. محققان با این پارچه یک جلیقه دوختند و در جریان فعالیت‌های بدنی، به دلیل اضافه شدن عرق فرد به رطوبت محیط، ولتاژ بالاتری تولید شد و درنهایت انرژی تولیدشده، برای شارژ خازن‌ها، روشن کردن لامپ‌های کوچک و حتی راه‌اندازی دستگاه‌های صوتی بی‌سیم کافی بود.

تست‌های مکانیکی نشان داد که خم شدن، اصطکاک و شستشو تأثیر کمی بر عملکرد این پارچه دارد و همین نشان می‌دهد که پوشش‌های پلیمری برای استفاده در دنیای واقعی دوام بالایی خواهند داشت. درعین‌حال رطوبت اسیدی و برخی نمک‌های محلول در عرق بدن انسان، با افزایش انتقال الکترون، حتی عملکرد سیستم را تقویت هم خواهند کرد.

منبع: interestingengineering

۵۸۳۲۱