{"id":65033,"date":"2020-11-16T02:27:00","date_gmt":"2020-11-16T01:27:00","guid":{"rendered":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/?p=65033"},"modified":"2020-11-13T11:39:41","modified_gmt":"2020-11-13T10:39:41","slug":"wie-sanfte-koerperbewegungen-ihr-mobiltelefon-aufladen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/de\/wissenschaft\/wie-sanfte-koerperbewegungen-ihr-mobiltelefon-aufladen\/","title":{"rendered":"Wie sanfte K\u00f6rperbewegungen Ihr Mobiltelefon aufladen"},"content":{"rendered":"\n
Wissenschaftler haben einen Weg gefunden, Strom aus Nylon zu erzeugen. Hiermit k\u00f6nnte unsere Kleidung zu einer wichtigen Energiequelle werden.<\/p>\n\n\n\n
Forscherinnen und Forscher haben einen Weg gefunden, Nylonfasern herzustellen, die smart genug sind, um aus einfachen K\u00f6rperbewegungen Strom zu erzeugen, und ebnen damit den Weg f\u00fcr intelligente Kleidung, die unsere Gesundheit durch miniaturisierte Sensoren \u00fcberwacht und unsere Ger\u00e4te ohne externe Stromquelle aufl\u00e4dt.<\/p>\n\n\n\n
Diese Entdeckung – eine Zusammenarbeit zwischen dem Max-Planck-Institut f\u00fcr Polymerforschung (MPI-P), der Universit\u00e4t Bath und der Universit\u00e4t Coimbra in Portugal – basiert auf bahnbrechenden Arbeiten \u00fcber l\u00f6sungsverarbeitete piezoelektrische Nylons unter der Leitung von Kamal Asadi, ehemaliger Gruppenleiter am MPI-P und jetzt Professor an der Abteilung f\u00fcr Physik in Bath, und seinem ehemaligen MPI-P-Doktoranden Saleem Anwar.<\/p>\n\n\n\n
Piezoelektrizit\u00e4t beschreibt das Ph\u00e4nomen, bei dem mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt wird. Einfach ausgedr\u00fcckt: Wenn man auf ein piezoelektrisches Material klopft oder es verformt, erzeugt es eine Ladung. F\u00fcgt man einen Schaltkreis hinzu, kann die Ladung, zum Beispiel in einem Kondensator, gespeichert und dann verwendet werden – zum Beispiel f\u00fcr die Stromversorgung eines Mobiltelefons. <\/p>\n\n\n\n
Tr\u00e4gt man piezoelektrische Kleidung, z. B. ein Hemd, w\u00fcrde schon eine einfache Bewegung wie das Schwingen der Arme gen\u00fcgend Verzerrungen in den Fasern des Hemdes verursachen, um Elektrizit\u00e4t zu erzeugen.<\/p>\n\n\n\n
Professor Asadi sagt: „Es gibt eine wachsende Nachfrage nach intelligenten, elektronischen Textilien, aber es ist eine Herausforderung f\u00fcr die Textilindustrie, billige und leicht verf\u00fcgbare Fasern aus elektronischen Materialien zu finden, die f\u00fcr moderne Kleidungsst\u00fccke geeignet sind.\u201c <\/p>\n\n\n\n
Piezoelektrische Materialien sind gute Kandidaten f\u00fcr die Energiegewinnung aus mechanischen Vibrationen, wie z. B. K\u00f6rperbewegungen, aber die meisten dieser Materialien sind keramisch und enthalten Blei, was giftig ist und ihre Integration in tragbare Elektronik oder Kleidung zu einer Herausforderung macht. Wissenschaftler sind sich der piezoelektrischen Eigenschaften von Nylon seit den 1980er Jahren bewusst, und die Tatsache, dass dieses Material bleifrei und ungiftig ist, hat es besonders attraktiv gemacht. Der seidige, k\u00fcnstlich hergestellte Stoff, der oft mit billigen T-Shirts und Damenstr\u00fcmpfen in Verbindung gebracht wird, ist jedoch „ein sehr schwierig zu handhabendes Material“, so Professor Asadi. „Die Herausforderung besteht darin, Nylonfasern vorzubereiten, die ihre piezoelektrischen Eigenschaften behalten“. <\/p>\n\n\n\n
In seiner rohen Polymerform ist Nylon ein wei\u00dfes Pulver, das mit anderen Materialien (nat\u00fcrlichen oder k\u00fcnstlichen) gemischt und dann zu unz\u00e4hligen Produkten geformt werden kann, von Kleidung und Zahnb\u00fcrstenborsten bis hin zu Lebensmittelverpackungen und Autoteilen. Wenn Nylon in eine bestimmte Kristallform reduziert wird, wird es piezoelektrisch. Die bew\u00e4hrte Methode zur Herstellung dieser Nylonkristalle besteht darin, das Nylon zu schmelzen, schnell abzuk\u00fchlen und dann zu dehnen. Dieser Prozess f\u00fchrt jedoch zu dicken Platten (als „Folien“ bezeichnet), die piezoelektrisch sind, sich aber nicht f\u00fcr Kleidung eignen. Das Nylon m\u00fcsste zu einem Faden gedehnt werden, damit es zu Kleidungsst\u00fccken gewebt werden kann, oder zu einem d\u00fcnnen Film, der in tragbaren elektronischen Ger\u00e4ten verwendet werden kann. <\/p>\n\n\n\n
Die Herausforderung, d\u00fcnne piezoelektrische Nylonfilme herzustellen, galt als un\u00fcberwindbar, und der anf\u00e4ngliche Enthusiasmus f\u00fcr die Herstellung piezoelektrischer Nylonbekleidung wandelte sich in Apathie, was dazu f\u00fchrte, dass die Forschung in diesem Bereich in den 1990er Jahren praktisch zum Erliegen kam.<\/p>\n\n\n\n
Aus einer Laune heraus verfolgten Professor Asadi und Herr Anwar – ein Textilingenieur – einen v\u00f6llig neuen Ansatz zur Herstellung von piezoelektrischen Nylon-D\u00fcnnfilmen. Sie l\u00f6sten das Nylonpulver nicht durch Schmelzen, sondern in einem sauren L\u00f6sungsmittel auf. Sie stellten jedoch fest, dass die fertige Folie L\u00f6sungsmittelmolek\u00fcle enthielt, die in den Materialien eingeschlossen waren und dadurch die Bildung der piezoelektrischen Phase verhinderten. <\/p>\n\n\n\n
„Wir mussten einen Weg finden, die S\u00e4ure zu entfernen, um das Nylon brauchbar zu machen“, so Professor Asadi, der diese Forschung am Max-Planck-Institut f\u00fcr Polymerforschung in Deutschland begann, bevor er im September nach Bath zog. <\/p>\n\n\n\n
Durch Zufall entdeckten die beiden, dass sie durch Mischen der S\u00e4urel\u00f6sung mit Aceton (eine Chemikalie, die am besten als Farbverd\u00fcnner oder Nagellackentferner bekannt ist) in der Lage waren, das Nylon aufzul\u00f6sen und dann die S\u00e4ure effizient zu extrahieren, so dass der Nylonfilm in einer piezoelektrischen Phase verbleibt.<\/p>\n\n\n\n
„Das Aceton verbindet sich sehr stark mit den S\u00e4uremolek\u00fclen, so dass es beim Verdampfen des Acetons aus der Nylonl\u00f6sung die S\u00e4ure mitnimmt. Was \u00fcbrig bleibt, ist Nylon in seiner piezoelektrischen kristallinen Phase. Der n\u00e4chste Schritt besteht darin, Nylon in Garne zu verwandeln und es dann in Gewebe zu integrieren“. <\/p>\n\n\n\n
Die Entwicklung piezoelektrischer Fasern ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg zur Herstellung elektronischer Textilien mit klaren Anwendungen im Bereich der tragbaren Elektronik. Ziel ist es, elektronische Elemente, wie z. B. Sensoren, in einen Stoff zu integrieren und Strom zu erzeugen, w\u00e4hrend wir unterwegs sind. H\u00f6chstwahrscheinlich w\u00fcrde die Elektrizit\u00e4t, die aus den Fasern der piezoelektrischen Kleidung gewonnen wird, in einer Batterie gespeichert werden, die in einer Tasche untergebracht ist. Diese Batterie w\u00fcrde dann entweder \u00fcber ein Kabel oder drahtlos mit einem Ger\u00e4t verbunden.<\/p>\n\n\n\n
„In den kommenden Jahren k\u00f6nnten wir unsere T-Shirts dazu benutzen, ein Ger\u00e4t wie unser Mobiltelefon zu betreiben, wenn wir im Wald spazieren gehen, oder um unsere Gesundheit zu \u00fcberwachen“, sagte Professor Asadi. <\/p>\n\n\n\n