Исследователи из Техасского университета в Далласе разработали новую электролитную систему на основе тяжелой воды, которая значительно повышает эффективность сбора механической энергии углеродными нанотрубочными нитями. Эти углеродные нанотрубочные провода, называемые "кручеными нитями", способны генерировать электричество при многократном растяжении и могут быть использованы для создания умных тканей, питающих носимые устройства.
Исследование, опубликованное в журнале «ACS Nano», показывает, что замена обычной воды на тяжелую воду в качестве нейтрального электролитного раствора для крученых нитей значительно повышает выход энергии. По сравнению с системой на обычной воде, система на основе тяжелой воды демонстрирует увеличение пиковой электрической мощности в 2,5 раза, увеличение выхода энергии за цикл растяжения в 1,8 раза и эффективность преобразования энергии 9,5% в низкочастотном диапазоне от 0,01 Гц до 2 Гц. Доктор Мэнмэн Чжан, ведущий автор исследования из Техасского университета в Далласе, заявила: "Хотя данное исследование в основном сосредоточено на улучшении сбора низкочастотной энергии — например, от движений тела или морских волн — эти дейтерием-усиленные собиратели энергии на основе крученых нитей также демонстрируют выдающуюся производительность при высоких частотах".
Тяжелая вода — это форма молекулы воды, в которой водород замещен дейтерием. Исследовательская группа обнаружила, что использование тяжелой воды замедляет движение заряженных молекул, снижает скорость саморазряда и позволяет поверхности углеродных нанотрубок удерживать больше заряда. Соавтор исследования, аспирант по химии Ишара Эканаяке, объяснил: "Использование тяжелой воды может замедлить движение заряженных молекул, снизить или минимизировать скорость саморазряда, что позволяет нам сохранять больше заряда на углеродных нанотрубках. Для сбора энергии это большое преимущество — больше заряда означает лучшую производительность сбора энергии".
Чтобы продемонстрировать практическую ценность, исследователи встроили массив крученых нитей, покрытых твердым электролитным гелем, в коммерческую ткань. Растягивая ее для имитации движений тела, они успешно запитали носимые электронные устройства. Команда также соединила крученые нити, покрытые электролитом, с искусственными мышцами из термоусадочного полимера, продемонстрировав потенциал этой технологии для сбора тепловой энергии в условиях изменения температуры окружающей среды. Доктор Чжан выразила надежду: "Можно представить, что следующее поколение носимых тканей сможет постоянно генерировать электричество за счет повседневных движений, питая телефоны, часы, планшеты и другую портативную электронику".
Детали публикации: Авторы: Ишара Эканаяке и др., Название: «D₂O-Enhanced Twistron Yarn Harvesters for Low-Frequency Mechanical Energy Harvesting», Опубликовано в: ACS Nano (2026). Информация о журналах: ACS Nano, Science