Sợi chỉ công nghệ cao có thể sản xuất điện

Trong nghiên cứu công bố hôm 26/1 trên tạp chí Nature Energy, nhóm nghiên cứu ở UT Dallas và cộng sự mô tả những cải tiến với loại chỉ công nghệ cao mà họ phát minh mang tên "twistron", sản xuất điện khi bị kéo căng hoặc xoắn lại. Phiên bản mới cải tiến có cấu tạo giống sợi len hoặc cotton truyền thống. Sợi twistron khâu vào vải có thể cảm biến và thu thập chuyển động của con người. Khi đặt trong nước biển, sợi twistron có thể thu thập năng lượng từ chuyển động của sóng biển, thậm chí sạc cho siêu tụ điện.

Được mô tả lần đầu tiên bởi nhóm nghiên cứu trong bài báo xuất bản trên tạp chí Science năm 2017, twistron cấu tạo từ ống nano carbon (CNT). Đó là những trụ carbon có đường kính nhỏ hơn 10.000 lần so với sợi tóc người. Để tạo ra twistron, ống nano bị vặn xoắn thành sợi siêu nhẹ với độ bền cao, có thể tích hợp chất điện giải. Những phiên bản trước đây của twistron có tính đàn hồi cao. Điện sản sinh từ sợi chỉ thông qua quá trình kéo và thả lặp đi lặp lại hoặc xoắn và duỗi.

Trong nghiên cứu mới, tiến sĩ Ray Baughman, giám đốc Viện Công nghệ Nano Alan G. MacDiarmid của UT Dallas và cộng sự không xoắn sợi chỉ tới điểm cuộn lại. Thay vào đó, họ quấn ba sợi ống nano carbon xoắn để tạo ra một sợi chỉ. Trong các thí nghiệm với loại chỉ mới, nhóm nghiên cứu chứng minh hiệu suất chuyển đổi năng lượng là 17,4% khi thu hoạch năng lượng kéo giãn và 22,4% khi thu hoạch năng lượng xoắn. Phiên bản trước đó chỉ đạt hiệu suất chuyển đổi năng lượng tối đa là 7,6% đối với cả hai dạng thu hoạch năng lượng.

Baughman cho biết hiệu suất cải tiến của sợi twistron là kết quả từ lực nén bên của sợi chỉ khi kéo giãn hoặc vặn xoắn. Quá trình khiến các sợi ghép tiếp xúc với nhau theo cách tác động đến đặc tính điện của sợi. Các nhà nghiên cứu nhận thấy việc ghép ba sợi cung cấp hiệu suất tối ưu. Họ tiến hành một số thí nghiệm với sợi twistron ghép. Trong một thí nghiệm, họ mô phỏng sản xuất điện từ sóng biển bằng cách gắn sợi twistron giữa quả bóng bay và đáy bể chứa đầy nước mặn. Nhóm nghiên cứu cũng sắp xếp nhiều sợi twistron theo cụm chỉ nặng 3,2 g và lặp lại hoạt động kéo giãn để sạc siêu tụ điện. Kết quả là siêu tụ điện có đủ năng lượng để cung cấp cho 5 bóng đèn diode nhỏ, một đồng hồ kỹ thuật số và một cảm biến nhiệt độ/độ ẩm.

Ngoài ra, các nhà nghiên cứu còn khâu sợi twistron vào mảnh vải cotton, sau đó quấn quanh khuỷu tay người. Tín hiệu điện tạo ra khi người đó gập khuỷu tay nhiều lần chứng minh tiềm năng sử dụng loại sợi này để cảm biến và thu hoạch chuyển động của con người.