Киім адамзаттың негізгі қажеттіліктерінің бірі болғанымен, оның технологиялық дамуы басқа салаларға қарағанда баяу жүреді. Жақында басып шығаруға болатын инновациялық тоқыма материалы жасалды, ол салқындату, қозғалысты тіркеу және сыртқы жүйелер мен күрделі көпқабатты құрылымдарды қолданбай электр энергиясын өндіру мүмкіндігіне ие.

Нанокомпозиттік тоқыма материалын жасау

Иллинойс университетінің Грейнджер инженерлік колледжінің зерттеушілері цирконий диоксиді (ZrO₂) негізіндегі нанокомпозиттік тоқыма материалын әзірледі. Бұл материал пассивті салқындату мен биомеханикалық қозғалыстардан энергия алуды біріктіреді.

Материалдың жұмыс істеу принципі

Материал радиациялық салқындату әдісін қолданады: ол күн сәулесінің 96%-на дейін шағылыстырады, бұл ашық ауада салқындықты сақтауға мүмкіндік береді. Сонымен қатар, ол адамның дене жылуын сыртқа шығарады. Тоқыма қозғалысты да тіркейді, себебі киім мен тері арасындағы үйкеліс кезінде пайда болатын трибоэлектрлік құбылысты анықтайды. Осылайша алынған аздаған электр энергиясы кіріктірілген технологияларға сигнал беру және шағын портативті құрылғыларды қуаттандыру үшін пайдаланылуы мүмкін.

Құрылымдық және өндірістік ерекшеліктері

Дәстүрлі маталар күн жылуының едәуір бөлігін сіңіріп, оны адам денесіне береді, ал жаңа тоқыма күн сәулесінің 96%-ын шағылыстырады және орташа инфрақызыл диапазонда 97% эмиссияға ие, бұл дене жылуын тиімді түрде сыртқа шығарады. Ашық күн астында бұл мата қоршаған ауа температурасынан 3–6 °C-қа төмен болады, бұл адамға айқын сезіледі.

Материалды тікелей сия жағу әдісімен — экструзияға негізделген аддитивті өндірістің бір түрімен — жасауға болады.

Электр энергиясын өндіру және қосымша функциялар

Мата қозғалыс пен теріге үйкеліс кезінде пайда болатын трибоэлектрлік эффект арқылы электр энергиясын өндіре алады. Пиктік қуат тығыздығы шамамен 47 мВт/м² тіркелген және 30 000-нан астам жұмыс циклі бойы тұрақты электрлік қайтарым байқалды. Бұл энергия смартфонды зарядтауға жеткіліксіз болғанымен, сенсорларды қуаттандыруға және адамның қозғалысын тіркеуге, сондай-ақ басқару жүйелеріне триггер ретінде қолдануға жарамды.

Электрондық жүйелермен интеграция

Экспериментте мата өткізгіш тоқыма негізімен біріктіріліп, бейімделетін терморегуляция жүйесі жасалды. Тыныштық күйінде пассивті салқындату қамтамасыз етілсе, қозғалыс кезінде трибоэлектрлік сигнал негіздегі жылытқыш элементті іске қосты. Бұл ретте ZrO₂ материалы жылу өндірмейді, тек негіздегі өз электроникасы бар жүйені іске қосу үшін сигнал береді.

Қолдану перспективалары

Трибоэлектрлік энергия әртүрлі жүйелерде пайдаланылуы мүмкін. Мысалы, пижамадағы тоқыма белгілі бір қозғалыс деңгейін анықтағанда сигнализацияны іске қоса алады. Осылайша, бұл жаңалық денсаулықты бақылау, климатқа бейімделу және күрделі көпқабатты құрылымдарды қажет етпейтін интерактивті басқару функциялары бар киім жасауға жаңа мүмкіндіктер ашады.