Inne
Najnowszy numer prestiżowego tygodnika "Nature" donosi o niezwykłym wynalazku trójki naukowców z Georgia Tech Institute. Uczeni ci stworzyli mikrogeneratory prądu w formie… nici. Zrobiony z nich materiał jest w stanie wykorzystywać energie powstającą podczas ruchu tkaniny.
Praca zespołu pod wodzą Yong Qina, wykładowcy Georgia Tech, to doskonały przykład na to, że modna ostatnio dziedzina inżynierii zwana nanotechnologią ma się świetnie i może być źródłem wielu nowych znakomitych materiałów. Nanotechnologia zajmuje się badaniem świata mikroskopowego, w którym obowiązują trochę inne prawa niż w makroświecie. Na przykład ostatni wynalazek amerykańskich naukowców w powiększeniu jako żywo przypomina szczotkę do butelek albo wycior. Szczotka powstała przez napylenie tlenku cynku na cienkie włókno z kevlaru. Nie potrzeba było do tego jakiegoś specjalnego wysiłku - wystarczyło dobrać odpowiednio parametry temperatury i wilgotności, tak by opary substancji same uformował las drobnych igiełek na powierzchni kevlarowej nici. Tlenek cynku uformował się w igiełki dzięki krzywiźnie nici. Gdyby w tych samych warunkach napylać substancję na płaską powierzchnię powstałaby po prostu warstwa substancji i tyle. Na tym polega zresztą piękno nanotechnologii - w wielu przypadkach wystarczy odpowiednio dobrać parametry reakcji chemicznej, uformować podkład, a cała reszta robi się sama.
W tak powstałej szczotce zrobionej z kevlarowej nici oraz igiełek z tlenku cynku o średnicy dziesiątych części milimetra nie byłoby może nic porywającego, gdyby nie jej niezwykłe właściwości. Wystarczy ją bowiem delikatnie potrzeć, by zaczęła produkować prąd. Cała tajemnica tego procesu tkwi w tlenku cynku, który ma własności piezoelektryczne. Z tym zjawiskiem możemy spotkać się używając na przykład zapalniczki. Piezolelektryki to materiały, które po wygięciu generują bardzo wysokie napięcie. W zapalniczkach zjawisko to jest wykorzystywane do wywołania iskry zapalającej gaz. Palacze z pewnością spotkali się ze zjawiskiem, które polega na tym, że po zamoknięciu zapalniczki przestaje w niej przeskakiwać iskra, a przycisk uruchamiający zapalniczkę w ogóle nie stawia oporu. Dzieje się tak dlatego, że wilgoć przewodzi prąd między dwoma biegunami piezoelektryka, więc nie stawia on żadnego oporu - chętnie się wygina. Gdy zapalniczka jest sucha prąd płynie dopiero po przekroczeniu pewnego napięcia wystarczającego do powstania iskry w powietrzu (napięcie sięga wtedy kilkuset woltów).
Las igiełek z tlenku cynku jest właśnie takim lasem przycisków zapalniczek. Ponieważ u ich podstawy, czyli na powierzchni kevlaru wszystkie kryształki tlenku cynku łączą się ze sobą, powstaje w ten sposób warstwa przewodząca. Gdy potrzemy o siebie dwie nitki, kryształki wyginają się i zaczynają generować prąd. Nieduży, taki właśnie na skalę nanotechnologii, ale cała ta dziedzina inżynierii działa na zasadzie "ziarnko do ziarnka". Pojedyncza nitka generuje bardzo mało prądu, ale utkany z niej materiał potrafi generować 80 miliwatów energii elektrycznej na metr kwadratowy tkaniny.
Co to w praktyce oznacza? Że tropik namiotu uszyty z takiej tkaniny wygeneruje ćwierć wata prądu, czyli tyle by zapalić diodę LED. Wydaje się to mało, ale warto pamiętać, że oświetlenie jest najbardziej energożernym zastosowaniem prądu elektrycznego. Przez noc (pod warunkiem, że będzie wiał wiatr, dzięki któremu szczoteczki włókien będę się o siebie intensywnie ocierać) namiot będzie w stanie naładować telefon komórkowy. A to już bardzo dużo.
To jednak nie jedyne zastosowanie technologii generowania prądu z ruchu tkaniny. 80 miliwatów starcza na zasilenie wielu czujników elektronicznych, które mogą mierzyć temperaturę, wilgotność powietrza czy wreszcie podsłuchiwać. Aparat podsłuchowy zaszyty w koszuli zasilany ruchem kurtki i spodni idącego ulicą człowieka, da się teraz zrobić. Energia pozyskana w identyczny sposób może zasilić iPoda albo inny odtwarzacz muzyczny. Jednym słowem - możliwości wykorzystania nowej technologii jest naprawdę wiele.