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テキサス大学ダラス校

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木曜日に発表された同大学のプレスリリースによると、テキサス大学ダラス校（UTD）の研究者とその同僚は、伸ばしたりねじったりすると発電する「ツイストロン」と呼ばれる改良された新しいタイプのハイテク糸を開発した。

この新しいイノベーションは、従来のウールや綿の糸とよく似ていますが、機械的な動きを電気に変換する機能を備えているだけです。 この発見はまったく新しいものではありません。 これは、2017 年に発表された研究で UTD の研究者によって初めて説明されましたが、この新しいバージョンは、大幅に効率が向上することでオリジナルを改良しています。

これらの以前のバージョンのツイストロンは弾性が高く、繰り返し伸ばしたり解放したり、ねじったり戻したりすることで発電できました。

しかし、新しい研究では、研究チームはコイル状になるまで繊維をねじることはせず、紡績されたカーボンナノチューブ繊維の3本の個別のストランドを絡み合わせて1本の糸を作ることに焦点を当てた。

「繊維製品に使用される撚り糸は、通常、一方向に撚られた個々のストランドで作られ、その後反対方向に撚り合わされて最終的な糸が作られます」と、アラン・G・マクダーミッド・ナノテク研究所所長のレイ・ボーマン博士は述べた。テキサス大学ダラス校およびこの研究の責任著者。

「このヘテロキラル構造により、ねじれが解けるのに対して安定性が得られます。」

「対照的に、当社の最高性能のカーボンナノチューブを積層したツイストロンは、ツイストとプライの同じ利きを持っています。それらはヘテロキラルではなくホモキラルです」と、自然学部化学部門ロバート・A・ウェルチ特別委員長のボーマン氏は述べた。科学と数学。

テキサス大学ダラス校

その後、研究者らは実験を通じて新しい糸をテストしたところ、引張（伸張）エネルギーハーベスティングでは 17.4 パーセント、ねじり（ねじれ）エネルギーハーベスティングでは 22.4 パーセントのエネルギー変換効率を実証したことがわかりました。 これは古いモデル (7.6%) を大幅に上回りました。

「これらのツイストロンは、これまでに報告されている非ツイストロンの材料ベースの機械式エネルギーハーベスタよりも、2 Hz ～ 120 Hz の広い周波数範囲にわたって、ハーベスタ重量あたりの出力が高くなります」とボーマン氏は述べています。

ボーマン氏は、彼のチームが糸を伸ばしたりねじったりする際に横方向の圧縮を導入することで、撚りツイストロンの性能を強調することに成功したと説明した。 この新しいプロセスにより、糸の電気特性に影響を与える形でプライが互いに接触することが可能になります。

「私たちの材料は非常に珍しいことをします」とボーマン氏は述べた。

「カーボン ナノチューブを引き伸ばすと、密度が低くなるのではなく、密度が高くなります。この高密度化により、カーボン ナノチューブが互いに近づき、カーボン ナノチューブのエネルギー回収能力に貢献します。」

「私たちには、なぜこれほど良い結果が得られるのかをより完全に理解しようとしている理論家と実験家の大規模なチームがいます」と彼は付け加えた。

新しい糸は、人間の動きを感知して収集するためにも使用できます。 ある実験では、チームは糸を縫い付けて綿布のパッチを作成し、それを人の肘に巻き付けました。 人が繰り返し肘を曲げると、電気信号が生成されました。

研究者らは現在、特許を申請している。 この研究は雑誌「Nature Energy」に掲載された。

機械エネルギーを収集するには改善された方法が必要です。 ツイストロンと呼ばれるコイル状のカーボン ナノチューブ ヤーンは、伸縮によって引き起こされる電気化学的静電容量の変化を利用して、機械エネルギーを電気に変換します。 糸が伸びると横方向のポアソン比が非常に大きくなり、糸の伸張密度が高くなり、収穫に貢献します。 今回我々は、コイル状ではなく撚り合わせたツイストロンを報告します。これにより、糸のエネルギー変換効率が伸長では 7.6% から 17.4%、撚りでは 22.4% に増加しました。 これは、糸の伸びと横方向の変形による追加の収穫メカニズムに起因すると考えられます。 2 ～ 120 Hz の範囲でのハーベスタの場合、当社の積層ツイストロンは、非ツイストロンの材料ベースの機械式エネルギー ハーベスタで報告されているものよりも高い重量ピーク パワーと平均パワーを備えています。 私たちはツイストロンを織物に縫い込んで人間の動きを感知して収集し、海水中に展開して海洋波エネルギーを収集し、スーパーキャパシタの充電に使用します。