Nuevo máximo

Universidad de Texas en Dallas

Al suscribirte, aceptas nuestros Términos de uso y políticas. Puedes cancelar la suscripción en cualquier momento.

Investigadores de la Universidad de Texas en Dallas (UTD) y sus colegas han diseñado un tipo nuevo y mejorado de hilo de alta tecnología llamado "twistrons", que genera electricidad cuando se estira o retuerce, según un comunicado de prensa de la institución publicado el jueves.

La nueva innovación se parece mucho al hilo tradicional de lana o algodón, sólo que tiene la capacidad de convertir el movimiento mecánico en electricidad. El descubrimiento no es del todo nuevo. Fue descrito por primera vez por investigadores de UTD en un estudio publicado en 2017, pero esta nueva versión mejora la original al ser significativamente más eficiente.

Estas versiones anteriores de twistrons eran muy elásticas y podían generar electricidad estirándolas y soltándolas repetidamente o retorciéndolas y desenroscándolas.

Sin embargo, en el nuevo estudio, el equipo de investigación no retorció las fibras hasta el punto de enrollarlas, sino que se centró en entrelazar tres hebras individuales de fibras de nanotubos de carbono hiladas para formar un solo hilo.

"Los hilos doblados utilizados en textiles generalmente se fabrican con hebras individuales que se retuercen en una dirección y luego se doblan juntas en la dirección opuesta para hacer el hilo final", dijo el Dr. Ray Baughman, director del Instituto de Nanotecnología Alan G. MacDiarmid en UT Dallas y el autor correspondiente del estudio.

"Esta construcción heteroquiral proporciona estabilidad contra la torsión".

"Por el contrario, nuestros twistrones de mayor rendimiento con nanotubos de carbono tienen la misma capacidad de torsión y plegado: son homoquirales en lugar de heteroquirales", dijo Baughman, catedrático distinguido Robert A. Welch de Química en la Escuela de Ciencias Naturales. Ciencias y Matemáticas.

Universidad de Texas en Dallas

Luego, los investigadores probaron los nuevos hilos mediante experimentos y descubrieron que demostraban una eficiencia de conversión de energía del 17,4 por ciento para la recolección de energía de tracción (estiramiento) y del 22,4 por ciento para la recolección de energía de torsión (torsión). Esto fue significativamente mayor que en los modelos más antiguos (7,6 por ciento).

"Estos twistrons tienen una mayor potencia de salida por peso de cosechadora en un amplio rango de frecuencia, entre 2 Hz y 120 Hz, de lo que se informó anteriormente para cualquier cosechadora de energía mecánica basada en materiales que no sea twistron", dijo Baughman.

Baughman explicó que su equipo logró acentuar el rendimiento de los twistrons doblados introduciendo una compresión lateral del hilo al estirarlo o torcerlo. Este nuevo proceso permite que las capas entren en contacto entre sí de una manera que afecta las propiedades eléctricas del hilo.

"Nuestros materiales hacen algo muy inusual", afirmó Baughman.

"Cuando los estiras, en lugar de volverse menos densos, se vuelven más densos. Esta densificación acerca los nanotubos de carbono y contribuye a su capacidad de recolección de energía".

"Tenemos un gran equipo de teóricos y experimentales que intentan comprender más completamente por qué obtenemos tan buenos resultados", añadió.

Los nuevos hilos también se pueden utilizar para detectar y captar el movimiento humano. En un experimento, el equipo cosió los hilos en un parche de tela de algodón que luego se envolvió alrededor del codo de una persona. Se generaban señales eléctricas cuando la persona doblaba repetidamente el codo.

Los investigadores han solicitado ahora una patente. El estudio se publica en la revista Nature Energy.

Se necesitan métodos mejorados para recolectar energía mecánica. Los hilos enrollados de nanotubos de carbono, denominados twistrones, utilizan cambios inducidos por el estiramiento en la capacitancia electroquímica para convertir la energía mecánica en electricidad. El alargamiento del hilo produce relaciones de Poisson laterales tan grandes que los hilos se estiran mucho y se densifican, lo que contribuye a la cosecha. Aquí presentamos twistrons plegados, en lugar de enrollados, que aumentan la eficiencia de conversión de energía de los hilos del 7,6% al 17,4% para estiramiento y al 22,4% para torsión. Esto se debe a mecanismos de recolección adicionales por estiramiento del hilo y deformaciones laterales. Para recolectar entre 2 y 120 Hz, nuestro Twistron plegado tiene una potencia máxima gravimétrica y una potencia promedio más altas que las reportadas para recolectores de energía mecánicos basados ​​en materiales que no son Twistron. Cosemos los twistrons en textiles para detectar y captar el movimiento humano, los implementamos en agua salada para captar la energía de las olas del océano y los usamos para cargar supercondensadores.