Ny type stoff kan la oss lade mobilen fra skjorta

En ny type mikrofiber kan veves til klestøy og generere små mengder elektrisk strøm.

En gruppe forskere fra Georgia Institute of Technology er i ferd med å utvikle en skjorte som konverterer bevegelsesenergi til elektrisk strøm. Forskningen presenteres i en artikkel i den nyeste utgaven av vitenskapsmagasinet Nature, datert 14. februar (nr 451, sider 809–813).

Fenomenet som utnyttes til å generere strøm er den piezoelektriske effekten, der trykk mot krystaller under visse forhold kan utløse forskjeller i elektrisk spenning.

I dette tilfellet foregår fenomenet i nanoskala. Forskerne har funnet ut hvordan par av vanlige mikrofibre kan behandles slik at det vokser korte nanotråder ut av dem, slik at hver tråd forvandles til noe som ser ut som en børste. Prosessen krever at begge fibrene belegges med zinkoksid. Når nanotrådene har vokst ut av begge, må den ene tråden belegges med gull. Da vil gnisningen mellom børstene gi elektrisk spenningsforskjell mellom de to fibrene.

Bildet nedenfor skisserer hvordan dette kan se ut, sterkt forstørret. Den gule «børsten» er fiberen med gullbelegg, den grønne er den som bare er behandlet med zinkoksid. Spenningsforskjellen høstes ved at man kopler alle de grønne fiberbørstene sammen (rød ledning på bildet), og alle de gule (sort ledning). Det hvite på bildet er en innbilt mikroskopisk lyspære symbolsk koplet mellom den røde og den sorte ledningen.

Med sine børsteaktige utvekster har fibrene en diameter på rundt 40 mikrometer, mens trådene i børstene har en diameter på rundt 50 nanometer.

Forsøk med to fibre på en centimeter som gnisser mot hverandre viser at de kan levere en spenning på rundt fire millivolt og en strømstyrke på fire nanoampere. Når flere fibre ble tvunnet sammen i en tråd, ble spenningen mangedoblet.

Forsøkene ble gjort med fibre av kunststoffet kevlar som er mest kjent fra skuddsikre vester. Forskerne mener at svært mange andre typer fiber vil kunne være aktuelle. De ser for seg muligheten for å framstille stoffer som leverer 80 milliwatt per kvadratmeter. De ser for seg at dette skal være tilstrekkelig til å lade små apparater som mobiltelefoner og MP3-spillere.

Betingelsen for at stoffet leverer strøm, er at fibrene stadig gnisser mot hverandre. Hvis stoffet bæres som klesplagg, skjer det under normal kroppsaktivitet. Andre muligheter for å få strøm er blafring i vind, vibrasjoner fra lydbølger eller andre typer mekanisk energi. Forskerne ser også for seg at strøm fra klesplagg kan brukes til å drive forskjellige typer sensorer, for eksempel for å overvåke soldaters ellers idrettsutøveres kroppsfunksjoner.

Et annet viktig område for strømgenererende tøy, er drift av mikro- og nanosensorer som kan få et hav av anvendelser.

Disse krever vanligvis strøm fra et batteri. Hvis de i stedet kan hente strøm fra små tøybiter som kan konvertere alle former for bevegelse til elektrisk kraft, vil bruken bli langt mer fleksibel og omfattende enn man hittil har forestilt seg.

En utfordring som må løses så fort som mulig, er at zinkoksid degraderes av fuktighet. Det betyr at klær av strømgenererede stoff ikke vil kunne vaskes, med mindre man finner fram til et egnet belegg.

Til toppen