Un grupo de investigadores de la Universidad de Texas en Dallas y sus colegas han realizado mejoras significativas en los hilos de recolección de energía que inventaron llamados twistrons, que están hechos de nanotubos de carbono y producen electricidad cuando se estiran repetidamente.

Los investigadores describen los twistrons mejorados y algunas aplicaciones potenciales de la tecnología en un artículo publicado en la edición impresa del 7 de julio de Advanced Materials. .

En un experimento de prueba de principio, Zhong Wang, Ph.D., autor principal del artículo e investigador asociado en el Instituto Alan G. MacDiarmid NanoTech en UT Dallas, cosió los nuevos hilos twistron en un guante. Cuando alguien que usaba el guante formaba diferentes letras y frases en el lenguaje de señas estadounidense, los gestos con las manos generaban electricidad.

"Según los perfiles de voltaje de salida, podemos diferenciar fácilmente el movimiento de los dedos de diferentes letras y frases, y potencialmente podemos usar este guante como un traductor de lenguaje de señas autoalimentado", dijo Wang, cuya investigación doctoral en la UTD se centró en los nanotubos de carbono. hilos y recolectores de energía. Ganó el Premio a la Mejor Disertación en la Facultad de Ciencias Naturales y Matemáticas en 2022 por este trabajo.

Dirigido por el Dr. Ray Baughman, director del Instituto NanoTech y de la Cátedra Distinguida de Química Robert A. Welch, el grupo de investigación informó por primera vez sobre su tecnología twistron en la revista Science. en 2017. Desde entonces, el equipo ha perfeccionado los procesos que utilizan para fabricar los hilos y ha dado como resultado fibras que son más eficientes y que producen más electricidad por ciclo de estiramiento que la versión anterior.

"La recolección de energía es un área de importancia crítica, especialmente cuando buscamos alternativas a la quema de combustibles fósiles. Nos gustaría recolectar energía de todas las fuentes disponibles", dijo Baughman, el autor correspondiente del último artículo.

Algunas de las aplicaciones potenciales de los twistrons incluyen la recolección de energía de las olas del océano para alimentar sensores o eventualmente para ayudar a impulsar ciudades, dijo, así como el uso de movimientos corporales para alimentar dispositivos portátiles.

“Si tienes un robot humanoide y quieres saber qué músculos se han contraído y si están funcionando correctamente, podrías incorporar fibras muy finas de nuestros recolectores de twistron para que cuando el músculo cambie de dimensión estire el twistron, lo que genera electricidad. ”, dijo Baughman. "Esa electricidad se puede medir, lo que te puede decir cuánto ha cambiado de dimensión ese músculo".

Los Twistrons se construyen a partir de nanotubos de carbono, que son cilindros huecos de carbono 10.000 veces más pequeños en diámetro que un cabello humano. Los nanotubos se hilan por torsión en hilos livianos de alta resistencia. Para hacer que los hilos sean muy elásticos, los investigadores introducen tanta torsión que los hilos se enrollan como una banda elástica demasiado retorcida.

Los Materiales Avanzados El artículo describe cómo Wang y sus colegas mejoraron el rendimiento de los twistrones al incorporar varias innovaciones en el proceso de fabricación.

"El mecanismo básico de estos twistrones es que cuando los estiras, los paquetes de nanotubos de carbono individuales entran en contacto entre sí, aumentando la densidad de electrones en el material, lo que aumenta la salida de voltaje", dijo Wang. "Basándonos en este entendimiento, descubrimos que optimizar la alineación de los nanotubos, la cantidad de área de superficie donde interactúan, puede aumentar drásticamente el cambio de capacitancia y aumentar drásticamente la salida de voltaje".

Los investigadores también incorporaron grafeno en el proceso de fabricación. El grafeno es una lámina de carbono bidimensional de un átomo de espesor.

"Empezamos por sacar una hoja de nanotubos de carbono de una matriz de nanotubos alineados verticalmente, llamado bosque", dijo Wang. "En estos nuevos experimentos, agregamos un paso:depositamos grafeno en esa hoja y luego lo retorcimos y enrollamos todo junto en hilos. Esto mejoró drásticamente el cambio de capacitancia y la cantidad de electricidad que podemos obtener de los twistrones resultantes".

Un proceso de recocido mejorado también ayudó a impulsar la producción de los twistrones, dijo Wang.

Estirar los nuevos hilos twistron enrollados 30 veces por segundo (30 hercios) generó 3,19 kilovatios por kilogramo de energía eléctrica máxima, un aumento de doce veces sobre los valores más altos informados por otros investigadores para recolectores de energía mecánica alternativa para frecuencias entre 0,1 hercios y 600 hercios. /P>

La máxima eficiencia de conversión de energía obtenida con la última versión de twistron fue 7,2 veces mayor que la de los twistron anteriores, dijo Baughman. Los investigadores han solicitado una patente sobre la tecnología. + Explora más

No se requieren baterías:los hilos que recolectan energía generan electricidad