neue Energie

Ein Forscherteam der University of Texas in Dallas hat Nanoröhrengarne erfunden, die mechanische Bewegung in Elektrizität umwandeln, wenn sie gedehnt oder gedreht werden. Wie erstmals in einer 2017 in der Fachzeitschrift Science veröffentlichten Studie beschrieben, bestehen die Garne aus Kohlenstoffnanoröhren, bei denen es sich um Hohlzylinder aus Kohlenstoff handelt, deren Durchmesser 10.000 Mal kleiner ist als ein menschliches Haar. Eine am 26. Januar in Nature Energy veröffentlichte Studie berichtete, dass diese früheren Versionen von Garnen, sogenannte Twistrons, hochelastisch waren und Strom erzeugen konnten, indem sie wiederholt gedehnt und freigegeben oder gedreht und entdreht wurden.

Seitdem hat das Team den Twistrons-Prozess verfeinert, was zu Fasern führte, die effizienter sind und mehr Strom produzieren als die älteren Modelle. In ihrer neuen Studie haben die Forscher die Fasern nicht so stark verdreht, dass sie sich aufrollen. Stattdessen verflochten sie drei einzelne Stränge gesponnener Fasern zu einem einzigen Garn, ähnlich wie herkömmliches Woll- oder Baumwollgarn aufgebaut ist, jedoch mit einer anderen Drehung.

Dr. Ray Baughman, Direktor des Alan G. MacDiarmid NanoTech Institute an der UT Dallas und korrespondierender Autor der Studie, erklärt: „In Textilien verwendete gezwirnte Garne bestehen typischerweise aus einzelnen Strängen, die in eine Richtung gedreht und dann zusammengezwirnt werden.“ in die entgegengesetzte Richtung, um das endgültige Garn herzustellen. Diese heterochirale Konstruktion bietet Stabilität gegen Aufdrehen. Baughman, der Robert A. Welch Distinguished Chair in Chemistry an der School of Natural Sciences and Mathematics, fügt hinzu: „Im Gegensatz dazu weisen unsere leistungsstärksten Twistrons mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen die gleiche Drehung und Peilung auf – sie sind eher homochiral als.“ heterochiral,'sagte Baughman.

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DerForscher konnte durch Experimente zeigen, dass die neuen Garne einen Energieumwandlungswirkungsgrad von 17,4 % für die Zugenergiegewinnung (Strecken) und 22,4 % für die Torsionsenergiegewinnung (Drehen) aufwiesen. Dadurch wurde ein Spitzenwirkungsgrad der Energieumwandlung von 7,6 % erreicht. „Diese Twistrons haben über einen weiten Frequenzbereich – zwischen 2 Hertz und 120 Hertz – eine höhere Leistungsabgabe pro Harvestergewicht als bisher für alle materialbasierten mechanischen Energie-Harvester ohne Twistron berichtet.“sagte Baughman.

Baughman erwähnte, dass das Team die Leistung gezwirnter Twistrons verbessern konnte, indem es beim Strecken oder Verdrehen eine seitliche Kompression des Garns einführte. Dieser aktualisierte Prozess ermöglicht den Kontakt der Lagen untereinander auf eine Weise, die sich auf die elektrischen Eigenschaften des Garns auswirkt.

„Unsere Materialien bewirken etwas ganz Ungewöhnliches“Baughman erklärte. „Wenn man sie dehnt, werden sie nicht weniger dicht, sondern dichter. Diese Verdichtung drückt die Kohlenstoffnanoröhren enger zusammen und trägt zu ihrer Fähigkeit zur Energiegewinnung bei. „Wir haben ein großes Team von Theoretikern und Experimentatoren, die versuchen, besser zu verstehen, warum wir so gute Ergebnisse erzielen.“

Die Forscher fanden heraus, dass die Bildung des Garns aus drei Lagen eine optimale Leistung erbrachte. Nach mehreren Tests fanden sie heraus, dass die neuen Garne dazu dienen könnten, menschliche Bewegungen zu erfassen und zu erfassen. Um die Praktikabilität zu demonstrieren, nähte das Team die CNT-Garne in einen Baumwollstoffflicken, der dann um den Ellenbogen einer Person gewickelt wurde. Elektrische Signale wurden erzeugt, als die Person wiederholt ihren Ellbogen beugte.

Bei den Nanoröhren handelt es sich um Hohlzylinder aus Kohlenstoff, deren Durchmesser 10.000-mal kleiner ist als der von menschlichem Haar

Projektinfo:

Name:neues Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Garn

Forscher: Die University of Texas in Dallas | @ut_dallas