Vědci ze švédských univerzit v Chalmers a Linköping našli klíčový dílek skládačky, který může proměnit obyčejné oblečení v nositelný zdroj elektrické energie. Vyvinuli nový typ vodivého vlákna, které by v budoucnu mělo umožnit oblečení generovat elektřinu z tepla lidského těla. To by mohlo znamenat revoluci v oblasti nositelné elektroniky a zdravotnických zařízení.
Termoelektrické textilie fungují na relativně jednoduchém principu: když je jedna strana materiálu teplejší než druhá, vzniká elektrické napětí – jde o tzv. Peltierův–Seebeckův jev. Zjednodušeně řečeno to znamená, že rozdíl mezi teplotou vašeho těla a okolím může generovat elektřinu.
Aby tento systém fungoval, jsou potřeba dva druhy vodičů – p-typ (kladný) a n-typ (záporný). P-typových materiálů už věda zná dost, ale n-typové byly až dosud problémové – nestabilní, toxické nebo mechanicky nevhodné pro textilní zpracování.
Klíčem je polymer
Klíčem je polymer nazvaný poly(benzodifurandion), zkráceně PBFDO. Vědci tímto materiálem potáhli běžnou hedvábnou přízi, čímž vytvořili vodivé vlákno s mimořádnými schopnostmi. Na rozdíl od starších polymerů si PBFDO udržuje své vlastnosti po více než rok bez nutnosti aplikace ochranného povlaku.
Poly(benzodifurandion)
Nové vlákno vyniká nejen svou stabilitou na vzduchu, ale i mechanickou odolností. Může se natáhnout až o 14 % své délky, aniž by se přetrhlo, lze ho ohýbat, a dokonce odolá i praní v pračce. To jsou vlastnosti, které jsou pro použití v běžném oblečení naprosto nezbytné. Navíc zůstává ohebné i při extrémně nízkých teplotách.
Pro ověření funkčnosti vědci vytvořili dva ukázkové prototypy. První při teplotním rozdílu 30 °C generoval napětí kolem 6 mV. Druhý prototyp dosáhl při teplotním rozdílu 70 °C napětí 17 mV a maximálního výkonu 0,67 μW. To sice nestačí na nabíjení telefonu, ale bohatě to postačuje pro napájení drobných senzorů – třeba těch, které sledují tep nebo tělesnou teplotu.
A teď to ještě umět vyrábět
Potenciál této technologie je obrovský, zejména v oblasti zdravotnictví a nositelné elektroniky. Mohla by umožnit výrobu senzorů sledujících životní funkce, které by nevyžadovaly výměnu baterií ani nabíjení. To by mohlo vést k vývoji nové generace chytrého oblečení, které by nejen monitorovalo naše zdraví, ale také by se samo napájelo z našeho tělesného tepla.
Výhodou je, že se výroba materiálu obejde bez vzácných kovů nebo toxických látek, které se často v elektronice používají. PBFDO je čistě organický a z hlediska životního prostředí mnohem šetrnější než dosavadní polymery. Do budoucna se počítá s vylepšením výkonu – například snížením elektrického odporu spojů.
Přestože je tento výzkum významným krokem vpřed, stále existují výzvy, které bude nutné překonat před komerčním využitím. Mimo jiné bude nutné dále zlepšit výkon a stabilitu materiálu. Současný výrobní proces je také časově náročný a nevhodný pro průmyslovou výrobu.