Нити из трех нанотрубок генерируют электричество при скручивании и растяжении. В будущем их можно будет вплетать в обычную ткань, делая ее «умной» или подзаряжая носимые устройства.
Углеродные нанотрубки представляют собой полые сверхтонкие структуры со стенками толщиной всего в один атом. Еще в 2017 году исследователи из Техасского университета в Далласе научились скручивать их без разрушения, словно резиновые жгуты. Такие эластичные структуры получили название «твистроны» (twistrons), и было показано, что при дополнительном скручивании или растяжении в них возникает электричество.
В новой статье, опубликованной в журнале Nature Energy, та же команда ученых во главе с Рэем Бохманом (Ray Baughman) представила новый подход к работе с нанотрубками. На этот раз их сплели в единую нить: взяв несколько нанотрубок, каждую из них исследователи слегка закручивали в одну сторону, а затем оплели друг вокруг друга в том же либо в противоположном направлении.
Эксперименты показали, что самым перспективным оказался вариант с закручиванием и плетением в одну и ту же сторону при использовании трех нанотрубок. По словам ученых, такие нити нанотрубок способны превращать в электричество 17,4 процента энергии растяжения и до 22,4 процента энергии скручивания. Для сравнения: у полученных ранее одиночных «твистронов» эти показатели не достигали и восьми процентов.
Такая производительность позволяет использовать нити нанотрубок даже для получения электричества из волновых колебаний океана. Это удалось продемонстрировать в лаборатории, прикрепив нить одним концом к плавающему в аквариуме шарику, а другим — к его дну. Волны соленой воды деформировали нити, позволяя снимать с них энергию.
Кроме того, нити нанотрубок можно вплетать в обычную хлопковую ткань. Фрагмент такой ткани ученые надели на руку добровольца и сумели получать энергию каждый раз, когда тот сгибал ее в локте. Массив из нескольких таких структур общим весом всего 3,2 миллиграмма позволил запитать ионистор (суперконденсатор), способный поддерживать работу пяти миниатюрных светодиодов, что сравнимо с потреблением электронных часов или датчиков температуры.