Come il movimento del corpo ricaricherà il cellulare? Una nuova brillante ricerca, ha elaborato un sistema che permetterà di produrre fibre di nylon capaci di dare origine a elettricità. Tutto questo, dal semplice movimento del corpo. Aprendo la strada ad un’abbigliamento intelligente che monitorerà la nostra salute attraverso sensori miniaturizzati; e che caricheranno i nostri dispositivi senza alcuna fonte di energia esterna.
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L’innovativa scoperta, è da attribuirsi a una collaborazione tra l’Università di Bath; l’Istituto Max Planck per la ricerca sui polimeri in Germania e l’Università di Coimbra in Portogallo.
Sulla base di questa collaboraione, il team di lavoro, si è ingegnato nella creazione di nylon piezoelettrico elaborato in soluzione; condotto dal professor Kamal Asadi del Dipartimento di Fisica di Bath; e dal suo ex dottorando Saleem Anwar.
La piezoelettricità descrive il fenomeno in cui l’energia meccanica viene trasformata in energia elettrica.
In parole povere, quando si tocca o si distorce un materiale piezoelettrico, esso genera una carica.
Aggiungete un circuito e la carica può essere tolta, memorizzata in un condensatore per esempio e poi messa in uso, per alimentare il vostro telefono cellulare.
Mentre si indossa un abbigliamento piezoelettrico, come una camicia, anche un semplice movimento come oscillare le braccia, causerebbe sufficienti distorsioni nelle fibre della camicia per generare elettricità.
Il professor Asadi ha detto: “C’è una crescente domanda di tessuti intelligenti ed elettronici, ma trovare fibre di materiali elettronici a basso costo e facilmente reperibili che siano adatte agli indumenti dei giorni nostri è una sfida per l’industria tessile”.
Il movimento del corpo combinato alle fibre di nylon produceelettricità
“I materiali piezoelettrici sono ottimi candidati per la raccolta di energia dalle vibrazioni meccaniche, come il movimento del corpo; ma la maggior parte di questi materiali sono ceramici e contengono piombo, che è tossico e rende difficile la loro integrazione nell’elettronica indossabile o nei vestiti”.
“I ricercatori, sono consapevoli delle proprietà piezoelettriche del nylon fin dagli anni ’80; e il fatto che questo materiale sia privo di piombo e non tossico lo ha reso particolarmente affascinante”; secondo il professor Asadi.
Il nylon, è una polvere bianca che può essere mescolata con altri materiali (naturali o artificiali); questo anche perchè si presenta nella sua forma di polimero grezzo. Di seguito può essere modellato in tanti prodotti diversi. Si parla di abiti, setole per spazzolini da denti. Ed ancora imballaggi per alimenti e alle parti di automobili.
Ma è quando viene ridotto a una particolare forma cristallina che diventa piezoelettrico
“Il metodo stabilito per creare questi cristalli di nylon è quello di sciogliere, raffreddare rapidamente e poi allungare il nylon. Tuttavia questo processo dà luogo a lastre spesse (note come “pellicole”) che sono piezoelettriche ma non adatte all’abbigliamento. Il nylon avrebbe bisogno di essere allungato ad un filo per essere tessuto negli indumenti, o ad un sottile film per essere utilizzato nell’elettronica indossabile”.
“La sfida di produrre sottili pellicole piezoelettriche di nylon è stata ritenuta insormontabile, e l’entusiasmo iniziale per la creazione di indumenti piezoelettrici di nylon si è trasformato in apatia, con il risultato che la ricerca in questo settore si è virtualmente arrestata negli anni Novanta”.
Un nuovo esperimento
Per un capriccio, il professor Asadi e il signor Anwar – un ingegnere tessile – è adottato un approccio completamente nuovo nella produzione di pellicole sottili piezoelettriche di nylon.
Essi decidono di sciogiere la polvere di nylon in un solvente acido, piuttosto che fonderlo. Tuttavia, hanno scoperto che il film finito, conteneva molecole di solvente che erano bloccate all’interno dei materiali. Impedendo così la formazione della fase piezoelettrica.
“Dovevamo trovare un modo per rimuovere l’acido per rendere il nylon utilizzabile”, ha detto il professor Asadi, che ha iniziato questa ricerca presso il Max Planck Institute for Polymer Research in Germania prima di trasferirsi a Bath a settembre.
La scoperta
Per caso, la coppia ha scoperto che mescolando la soluzione acida con l’acetone (un prodotto chimico meglio conosciuto come diluente per vernici o solvente per unghie), sono stati in grado di sciogliere il nylon e poi estrarre l’acido in modo efficiente, lasciando la pellicola di nylon in una fase piezoelettrica.
“L’acetone si lega molto fortemente alle molecole di acido, quindi quando l’acetone viene evaporato dalla soluzione di nylon, porta l’acido con sé. Ciò che rimane è il nylon nella sua fase piezoelettrica cristallina. Il passo successivo è quello di trasformare il nylon in filati e poi integrarlo nei tessuti”.
Lo sviluppo delle fibre piezoelettriche è un passo importante per poter produrre tessuti elettronici con applicazioni chiare nel campo dell’elettronica indossabile. L’obiettivo è quello di integrare elementi elettronici, come i sensori, in un tessuto, e di generare energia mentre siamo in movimento. Molto probabilmente, l’elettricità raccolta dalle fibre dei vestiti piezoelettrici verrebbe immagazzinata in una batteria annidata in una tasca. Questa batteria si connetterebbe poi a un dispositivo tramite un cavo o senza fili.
“Negli anni a venire, potremmo usare le nostre magliette per alimentare un dispositivo come il cellulare mentre camminiamo nel bosco, o per monitorare la nostra salute”. Conclude Asadi.
