این روزها دانشمندان در شاخه های مختلف علمی در حال درخشیدن هستند و برخی از آن ها از اختراع و تولید پدیده هایی خبر می دهند که در نوع خود مثال زدنی و جالب توجه هستند.

اخیراً گروهی از محققان کشف کرده اند که پنبه این قابلیت را دارد که به عنوان یک منبع انرژی عمل کرده و از رطوبت هوا، الکتریسیته استخراج کند. از همین رو آن ها به این فکر افتادند که پارچه پنبه ای معمولی را به یک ژنراتور برق خودکفا تبدیل کرده و این ژنراتور در تمام طول شبانه روز با جذب انرژی از رطوبت محیط، کار می کند.

این نوآوری بر پوشش های پلیمری مهندسی شده ای تکیه دارد که جریان مداومی از یون ها را حفظ کرده و خروجی الکتریکی پایداری را بدون نیاز به باتری یا منابع انرژی خارجی فراهم می آورند.

این پارچه با دو پلیمر پلی پیرول (PPy) و پلی دوپامین (PDA) پوشانده شده است. پلی پیرول نور را در طیف وسیعی جذب کرده و آن را با راندمان بالایی به گرما تبدیل می کند. وقتی این پارچه در معرض نور خورشید قرار می گیرد، به سرعت گرم شده و باعث تبخیر سریع آب می شود.

از سوی دیگر پلی دوپامین نور بیشتری را منعکس کرده و آب را با سرعت کمتری تبخیر می کند و همین باعث می شود که پارچه رطوبت را در خود نگه دارد.

نکته کلیدی اینجاست که محققان تنها نیمی از پارچه (که قبلاً با پلی پیرول تیمار شده بود) را با پلی دوپامین پوشاندند. این ساختار نامتقارن باعث می شود تا یک طرف پارچه نسبتاً مرطوب بماند و طرف دیگر به طور مداوم خشک می شود. نتیجه به دست آمده، یک اختلاف رطوبت دائمی است که باعث انتقال یون ها از طریق کانال های میکروسکوپی پنبه خواهد شد.

این تیم تحقیقاتی یک ژنراتور رطوبتی (PEMG) را توسعه دادند که پارچه پنبه ای را با پلیمر پیرول و لایه ای از پلی دوپامین اصلاح کرده و یک گرادیان دمایی نوری نامتقارن ایجاد می کند. طبق گفته این تیم، لایه نامتقارن PDA نه تنها مشکل تولید برق ناپایدار ناشی از اشباع آب را حل می کند، بلکه از تبخیر بیش ازحد که باعث به هم خوردن تعادل رطوبتی می شود هم جلوگیری می کند.

طبق گفته محققان، لامپ های LED سفید با این سیستم بیش از 24 ساعت نور مداوم ساطع کردند. درعین حال ولتاژ مدار باز (Voc) این سیستم با 6 واحد سری، در شدت تابش خورشید متوسط و رطوبت 43 درصد به 1.18 ولت رسید؛ درحالی که این مقدار در شب (با رطوبت 52 درصد) 0.72 ولت بود. سیستم های پوشیدنی طراحی شده با این واحدها، توان کافی برای دستگاه های الکترونیکی در شرایط طبیعی را فراهم می کنند.

فرآیند ساخت این پارچه با غوطه ور کردن پنبه خام در محلولی حاوی مونومرهای پیرول شروع می شود. پلیمریزاسیون مستقیماً روی الیاف انجام شده و یک لایه پلی پیرول رسانای سیاه تشکیل می دهد که تقریباً تمام نور دریافتی را جذب می کند.

در مرحله بعد، نیمی از پارچه به مدت یک روز در معرض محلول قلیایی دوپامین قرار می گیرد. در این مرحله، مولکول های دوپامین به صورت یک لایه فوق نازک روی پارچه قرار می گیرند. ضخامت این لایه باعث ایجاد تداخل نوری شده و به پارچه ظاهر بنفش و درخشانی شبیه حباب صابون می دهد. این لایه نور خیلی کمتری جذب کرده و به علاوه تضاد حرارتی ایجاد می کند.

وقتی این پارچه زیر نور خورشید قرار می گیرد، سمت پلی پیرول بسیار بیشتر از سمت پلی دوپامین گرم می گردد. این تفاوت دما باعث تسریع تبخیر در یک سمت شده و درنتیجه آب به شکل مداوم از سمت دیگری جذب و کشیده می شود و همین باعث حفظ جریان پایدار یون ها می گردد.

این فناوری برای لباس های هوشمند بسیار امیدوارکننده است. محققان با این پارچه یک جلیقه دوختند و در جریان فعالیت های بدنی، به دلیل اضافه شدن عرق فرد به رطوبت محیط، ولتاژ بالاتری تولید شد و درنهایت انرژی تولیدشده، برای شارژ خازن ها، روشن کردن لامپ های کوچک و حتی راه اندازی دستگاه های صوتی بی سیم کافی بود.

تست های مکانیکی نشان داد که خم شدن، اصطکاک و شستشو تأثیر کمی بر عملکرد این پارچه دارد و همین نشان می دهد که پوشش های پلیمری برای استفاده در دنیای واقعی دوام بالایی خواهند داشت. درعین حال رطوبت اسیدی و برخی نمک های محلول در عرق بدن انسان، با افزایش انتقال الکترون، حتی عملکرد سیستم را تقویت هم خواهند کرد.