При скручивании и растяжении нити, состоящие из трех нанотрубок, вырабатывают электричество. В перспективе их можно будет интегрировать в обычные ткани, создавая «умную» одежду или обеспечивая зарядку для носимой электроники.
Углеродные нанотрубки – это полые структуры, обладающие чрезвычайно малым значением толщины стенок, достигающим одного атома. В 2017 году ученые из Техасского университета в Далласе разработали способ 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, в ходе дальнейших исследований, та же команда ученых под руководством Рэя Бохмана разработала новый метод работы с нанотрубками. На этот раз они объединили их в единую нить: исследователи скручивали отдельные нанотрубки в одну сторону, а затем переплетали их друг вокруг друга, используя как совпадающее, так и противоположное направление.
В ходе экспериментов было установлено, что наиболее эффективным является метод скручивания и плетения в одном направлении при использовании трех нанотрубок. Ученые утверждают, что полученные таким образом нити способны преобразовывать в электричество до 17,4% энергии растяжения и до 22,4% энергии скручивания. Для сравнения, показатели ранее созданных однослойных «твистронов» были значительно ниже и не превышали восьми процентов.
Благодаря высокой производительности, нити нанотрубок можно применять для генерации электричества из волновых колебаний океана. Это было показано в лабораторных условиях: один конец нити закрепили на плавающем в аквариуме шарике, а другой – на его дне. Деформация нитей под воздействием волн соленой воды позволила извлекать из них энергию.
Нанотрубки также могут быть интегрированы в хлопковую ткань. Ученые протестировали такой образец, поместив его на руку добровольца, и зафиксировали выработку энергии при каждом сгибании руки в локте. Небольшой массив из нескольких таких конструкций, весом всего 3,2 миллиграмма, оказался достаточным для питания ионистора (суперконденсатора), который обеспечивал работу пяти миниатюрных светодиодов. Это сопоставимо с энергопотреблением электронных часов или датчиков температуры.