Các nhà nghiên cứu tại Đại học Texas (UT) ở Dallas đã đạt được một bước tiến đáng kể trong lĩnh vực công nghệ nano với việc phát triển thành công loại sợi chỉ công nghệ cao có khả năng biến đổi chuyển động cơ học thành điện năng một cách hiệu quả. Loại sợi chỉ này, được đặt tên là "twistron", mở ra tiềm năng ứng dụng rộng lớn trong việc thu thập năng lượng từ các nguồn chuyển động tự nhiên và nhân tạo.

Hình ảnh găng tay khâu sợi twistron

Cấu tạo và cơ chế hoạt động

Twistron được cấu tạo từ ống nano carbon (CNT) - những trụ carbon siêu nhỏ có đường kính nhỏ hơn 10.000 lần so với sợi tóc người. Để tạo ra twistron, các ống nano carbon được xoắn lại thành sợi siêu nhẹ nhưng có độ bền cao, đồng thời tích hợp thêm chất điện giải.

Phiên bản twistron mới nhất có cấu tạo tương tự như sợi len hoặc cotton truyền thống, cho phép dễ dàng tích hợp vào các loại vải và vật liệu khác. Khi bị kéo căng hoặc xoắn lại, twistron tạo ra điện năng thông qua một quá trình chuyển đổi năng lượng cơ học phức tạp.

Hiệu suất vượt trội

Trong nghiên cứu mới nhất được công bố trên tạp chí Nature Energy, nhóm nghiên cứu đã chứng minh hiệu suất chuyển đổi năng lượng đáng kinh ngạc của twistron. Phiên bản cải tiến có thể đạt hiệu suất lên đến 17,4% khi thu hoạch năng lượng kéo giãn và 22,4% khi thu hoạch năng lượng xoắn. Đây là một bước nhảy vọt so với phiên bản trước đó, chỉ đạt hiệu suất tối đa 7,6% cho cả hai dạng thu hoạch năng lượng.

Ứng dụng đa dạng

Twistron mở ra cánh cửa cho nhiều ứng dụng tiềm năng. Khi được khâu vào vải, nó có thể cảm biến và thu thập chuyển động của con người, tạo ra nguồn điện nhỏ từ hoạt động hàng ngày. Trong môi trường biển, twistron có thể thu thập năng lượng từ sóng biển, đóng góp vào việc phát triển các nguồn năng lượng tái tạo bền vững.

Một thí nghiệm ấn tượng đã chứng minh khả năng của twistron trong việc cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện tử. Một cụm sợi twistron nặng chỉ 3,2g đã được sử dụng để sạc một siêu tụ điện, cung cấp đủ năng lượng cho 5 bóng đèn LED nhỏ, một đồng hồ kỹ thuật số và một cảm biến nhiệt độ/độ ẩm.

Triển vọng tương lai

Twistron đại diện cho một bước tiến quan trọng trong việc khai thác năng lượng từ chuyển động. Với tiềm năng ứng dụng rộng lớn, từ cảm biến chuyển động đến thu hoạch năng lượng tái tạo, twistron hứa hẹn sẽ góp phần vào việc phát triển các công nghệ năng lượng bền vững và hiệu quả hơn trong tương lai.

Tuy nhiên, vẫn còn nhiều thách thức cần vượt qua để đưa twistron vào ứng dụng thực tế rộng rãi. Các nhà nghiên cứu đang tiếp tục nghiên cứu để tối ưu hóa hiệu suất, độ bền và tính ứng dụng của loại sợi chỉ công nghệ cao này.