Một "sợi chỉ" bằng vật liệu ống nano carbon có thể phát điện khi bị kéo dãn. Đây là một phát minh đang chờ cấp bằng sáng chế của các nhà nghiên cứu đến từ trường đại học Texas, Dallas (UT Dallas), được gọi là "twistron" và nó có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực từ sợi dệt cấp điện cho các thiết bị điện năng thấp cho đến các hệ thống khai thác năng lượng từ sóng biển.
Ý tưởng đằng sau loại vật liệu mới này rất đơn giản, đầu tiên các nhà nghiên cứu sử dụng một hỗn hợp ống nano carbon và bện chúng quanh một sợi chỉ, giống như bện len vậy. Bện thì có nhiều kiểu, họ chọn kiểu bện sao cho tạo ra được một cấu trúc có thể phân bổ lực nén xuyên suốt các ống nano carbon. Sau đó họ vặn xoắn sợi chỉ và ống nano để tạo thành một cuộn dây có hình thù giống như dây nối ống nghe của điện thoại bàn hồi xưa.
Khi cuộn dây twistron được kéo dãn, sức căng bên trong và ma sát giải phóng các điện tích từ ống nano carbon. Để thu thập điện tích thì họ nhúng twistron vào một dung dịch nước chứa ion hòa tan như acid hydrochloric (HCl). Dung dịch này đóng vai trò là chất điện phân giúp vận chuyển điện tích đến các điện cực đặt gần đó.
Khi đạt độ căng tối đa thì một sợi twistron trọng lượng chỉ vài mg chỉ có thể sản sinh một lượng điện năng rất nhỏ, tức chỉ một phần mấy W nhưng nếu là một kg sợi chỉ bọc ống nano carbon này được kéo căng cùng lúc thì công suất đạt đến 250 W. Thêm vào đó, twistron còn có độ bền cao khi chịu được chu kỳ kéo dãn/nghỉ 30 lần mỗi giây.
Ray Baughman - người đứng đầu viện công nghệ nano thuộc đại học UT Dallas cho biết: "Việc thu thập năng lượng điện từ chuyển động của con người là một trong những chiến lược nhằm loại bỏ nhu cầu sử dụng pin. Những sợi chỉ của chúng tôi có thể tạo ra lượng điện năng trên trọng lượng khi được kéo dãn cao hơn hàng trăm lần so với các loại sợi dành cho thiết bị đeo có thể phát điện khác."
Khi khéo căng sợi chỉ, đèn sáng!
Như vậy một trong những ứng dụng đầu tiên của twistron đó là tích hợp vào những thứ chúng ta mặc hay đeo như vải và khi được kéo căng do sự vận động của cơ thể, chúng có thể phát điện cho các thiết bị điện tử cỡ nhỏ. Điều cần lưu ý là twistron cần phải được nhúng vào chất điện phân để hoạt động, vậy nếu như may vào quần áo thì lấy đâu ra chất điện phân, mồ hôi chăng? Các nhà nghiên cứu đã nghĩ ra một giải pháp rất độc đáo đó là một loại chất điện phân thể rắn - một loại muối polymer có thể bọc lấy sợi twistron và cho phép nó tạo ra điện mà không cần làm ướt bằng chất điện phân dạng lỏng.
Để thử nghiệm, các nhà nghiên cứu đã may những sợi twistron vào một chiếc áo và nó đã tạo ra một lượng điện năng nhỏ nhưng đủ dùng từ cử động hít thở thông thường của người mặc. Đối với những thiết bị dùng điện năng thấp, chẳng hạn như thiết bị truyền phát không dây vốn chỉ cần điện năng để gởi đi những loạt tín hiệu vài phút một lần thì lượng điện năng tạo ra từ sợi twistron dư để đáp ứng.
Một ứng dụng khác của twistron cũng đã được các nhà nghiên cứu thử nghiệm đó là khai thác chuyển động của sóng trên đại dương. Shi Hyeong Kim - một thành viên thuộc nhóm nghiên cứu đã gắn một khối nặng vào một quả bóng bằng sợi twistron và đem thả tại một vùng biển mặn ở Hàn Quốc. Chuyển động của sóng đã khiến sợi twistron được kéo căng rồi trở lại trạng thái nghỉ, từ đó tạo ra điện. Thí nghiệm này hoàn toàn có thể tăng quy mô và có thể mở ra một loại hình khai thác năng lượng mới từ biển. "Nếu các bộ thu thập điện năng từ twistron có thể được làm rẻ hơn, chúng có thể được dùng để thu thập một lượng điện năng khổng lồ từ sóng biển," Baughman nói.
Ý tưởng đằng sau loại vật liệu mới này rất đơn giản, đầu tiên các nhà nghiên cứu sử dụng một hỗn hợp ống nano carbon và bện chúng quanh một sợi chỉ, giống như bện len vậy. Bện thì có nhiều kiểu, họ chọn kiểu bện sao cho tạo ra được một cấu trúc có thể phân bổ lực nén xuyên suốt các ống nano carbon. Sau đó họ vặn xoắn sợi chỉ và ống nano để tạo thành một cuộn dây có hình thù giống như dây nối ống nghe của điện thoại bàn hồi xưa.
Khi cuộn dây twistron được kéo dãn, sức căng bên trong và ma sát giải phóng các điện tích từ ống nano carbon. Để thu thập điện tích thì họ nhúng twistron vào một dung dịch nước chứa ion hòa tan như acid hydrochloric (HCl). Dung dịch này đóng vai trò là chất điện phân giúp vận chuyển điện tích đến các điện cực đặt gần đó.
Ray Baughman - người đứng đầu viện công nghệ nano thuộc đại học UT Dallas cho biết: "Việc thu thập năng lượng điện từ chuyển động của con người là một trong những chiến lược nhằm loại bỏ nhu cầu sử dụng pin. Những sợi chỉ của chúng tôi có thể tạo ra lượng điện năng trên trọng lượng khi được kéo dãn cao hơn hàng trăm lần so với các loại sợi dành cho thiết bị đeo có thể phát điện khác."
Khi khéo căng sợi chỉ, đèn sáng!
Để thử nghiệm, các nhà nghiên cứu đã may những sợi twistron vào một chiếc áo và nó đã tạo ra một lượng điện năng nhỏ nhưng đủ dùng từ cử động hít thở thông thường của người mặc. Đối với những thiết bị dùng điện năng thấp, chẳng hạn như thiết bị truyền phát không dây vốn chỉ cần điện năng để gởi đi những loạt tín hiệu vài phút một lần thì lượng điện năng tạo ra từ sợi twistron dư để đáp ứng.
Một ứng dụng khác của twistron cũng đã được các nhà nghiên cứu thử nghiệm đó là khai thác chuyển động của sóng trên đại dương. Shi Hyeong Kim - một thành viên thuộc nhóm nghiên cứu đã gắn một khối nặng vào một quả bóng bằng sợi twistron và đem thả tại một vùng biển mặn ở Hàn Quốc. Chuyển động của sóng đã khiến sợi twistron được kéo căng rồi trở lại trạng thái nghỉ, từ đó tạo ra điện. Thí nghiệm này hoàn toàn có thể tăng quy mô và có thể mở ra một loại hình khai thác năng lượng mới từ biển. "Nếu các bộ thu thập điện năng từ twistron có thể được làm rẻ hơn, chúng có thể được dùng để thu thập một lượng điện năng khổng lồ từ sóng biển," Baughman nói.
Theo: TechCrunch
