Khoa học kỹ thuật và công nghệ

Màng polime khai thác năng lượng từ hơi nước (05/02/2013)

Một nhóm các nhà nghiên cứu thuộc Viện nghiên cứu ung thư David H. Koch thuộc Viện công nghệ Masachusetts (MIT) đã phát triển được một màng polime mới sản xuất điện năng từ hơi nước. Vật liệu hồm 2 màng polime, tạo ra những cú nhào lộn khi có sự hiện diện của một lượng thậm chí rất nhỏ hơi nước, mở đường cho những loại cơ nhân tạo mới để điều khiển chân tay rô bốt hoặc cấp điện cho các thiết bị nhỏ và có kích thước nano.  

Vật liệu mới có thiết kế đơn giản, gồm một màng 2 lớp dày 20 micro mét. Lớp đầu được làm từ polypyrrole, polime cứng cung cấp giá đỡ cấu trúc và lớp thứ hai là polyol-borate, một gel mềm phồng lên khi nó hút nước. Các nỗ lực trước đây để phát triển “cơ nhân tạo” tương tự phụ thuộc vào một lớp, nhưng lớp thứ 2 tạo ra một cải tiến khác biệt.

Màng khai thác gradien của nước giữa các môi trường khô và ẩm ướt. Khi đặt màng lên trên một bề mặt thậm chí ẩm rất ít, những lớp dưới uốn cong. Điều này làm cho polime tiếp xúc với không khí, ở đó nước bốc hơi khỏi bề mặt. Màng thực hiện cú nhào lộn và chu trình bắt đầu. 

Màng polime sử dụng một lực bất ngờ khi nó uốn cong. Màng có trọng lượng 25 mg có thể nâng 380 lần trọng lượng riêng của nó hoặc chịu được tải trọng của các dây bạc gấp 10 lần trọng lượng của màng. Theo các nhà nghiên cứu, màng có đủ lực để thay thế các bộ dẫn động bằng động cơ điện trong chân tay rô bốt. Hơn nữa, nó có thể làm được điều này mà không phải điều khiển môi trường. Nếu có sẵn nước, màng sẽ hoạt động.

Thuộc tính này tạo lợi thế sử dụng màng không chỉ làm động cơ mini mà còn làm nguồn điện. Màng có thể sử dụng các vật liệu áp điện để sản xuất điện. Hiện giờ, màng có thể sinh ra 5,6 nanoW, đủ để vận hành các thiết bị vi điện tử công suất rất thấp. 

Theo Mingming Ma, tác giả chính của nghiên cứu, với cảm biến chạy bằng pin, cần phải thay thế định kỳ. Nhưng với thiết bị mới, có thể khai thác năng lượng từ môi trường, do đó, không phải thay thế thường xuyên.

Các nhà nghiên cứu cũng cho rằng màng sản xuất điện bằng cách đặt trên vật thể có nước hoặc gắn vào quần áo ở đó mồ hôi có thể cung cấp điện cho các thiết bị điện tử mang theo người. Trước mắt, các nhà khoa học đang nghiên cứu cải thiện hiệu suất của màng để cho phép các màng nhỏ hơn cấp điện cho những thiết bị cỡ lớn. 

Kết quả nghiên cứu được công bố trên tạp chí Science ra ngày 11/1/2013.

Nguồn: NASATI (N.P.D - Theo Gizmag, 1/2013)