Co można uzyskać dzięki wynalazkowi

Reklama

Przeprowadzona analiza morfologii i struktury badanych materiałów kompozytowych wykazała równomierną dyspersję nanodrutów SbSI w osnowie polimerowej co świadczy o bardzo dobrze przeprowadzonej optymalizacji i doborze parametrów procesu elektroprzędzenia, co ponadto skutkowało brakiem defektów strukturalnych nanowłókien w postaci tzw. koralików, co ma kluczowe znaczenie w przypadku przyszłych zastosowań aplikacyjnych tego typu materiałów. Przeprowadzone po raz pierwszy na świecie badania własności optycznych nanowłókien PAN/SbSI wykazały, że materiał ten cechuje się przerwą energetyczną rzędu Eg=1,94 eV, co w połączeniu z silnie sprzężonymi własnościami ferroelektrycznymi oraz półprzewodnikowymi kryształów SbSI świadczy o szerokich możliwościach aplikacyjnych nowoopracowanych nanowłókien kompozytowych, ze szczególnym uwzględnieniem wykorzystania tego typu materiałów do produkcji nanogeneratorów nowej generacji. Ponadto opracowane materiały stanowiące przedmiot zgłoszenia patentowego, tj. nanowłókna polimerowe z wypełnieniem w postaci materiałów ferroelektrycznych i/lub piezoelektrycznych cieszą się coraz większą popularnością w środowisku badawczym ze względu na ich ogromny potencjał dla wielu zastosowań technologicznych, w tym np. do produkcji urządzeń magazynujących energię, przetworników wysokich częstotliwości, wszczepianych biosensorów, absorberów drgań i kompozytowych czujników siły
Osiągnięty cel badawczy przedstawiony w zgłoszeniu patentowym bezpośrednio wpisuje się w badania prowadzone aktualnie na całym świecie, dotyczące wytwarzania i badania innowacyjnych materiałów nanostrukturalnych stanowiących półprodukt dla wysokowydajnych nanogeneratorów, przekształcających energię mechaniczna w prąd elektryczny. Przeprowadzone optymalizacje procesu elektroprzędzenia, przyczyniły się do opracowania pierwszych na świecie materiałów nanokompozytowych, w postaci nanowłókien polimerowych wzmocnionych nanodrutami jodosiarczku antymonu zdyspergowanymi równolegle do ich długości, charakteryzujących się bardzo dużym współczynnikiem piezoelektrycznym oraz sprzężeniem elektromechanicznym. Zbudowanie pierwszego prototypu nanogeneratora na bazie wytworzonej kompozytowej włókniny PAN/SbSI oraz wstępne badania jego współczynnika elektromechanicznego wskazują na lepsze wyniki w porównaniu do wyników prezentowanych przez czołowe jednostki naukowo-badawcze Stanów Zjednoczonych, przy jednoczesnym zachowaniu niższych kosztów produkcji półproduktów. Ponadto zastosowanie materiałów obojętnych dla organizmów żywych , do których należą zarówno zastosowane polimery jak i sama faza wzmacniająca, pozwolą w przyszłości na wykorzystanie m.in. bicia ludzkiego serca w celu zasilania nanogeneratora wszczepionego w klatce piersiowej człowieka, co pozwoli na zasilanie osobistych przenośnych urządzeń elektronicznych.

Istota wynalazku

Istotą wynalazku są pierwsze na świecie nanowłókna kompozytowe o specjalnych własnościach piezoelektrycznych oraz półprzewodnikowych. Włókna te charakteryzują się średnicami ok. 450 razy mniejszymi od średnicy ludzkiego włosa (rysunek 1a – załącznik nr 3). Badania przeprowadzone przez autorów wynalazku pozwoliły na otrzymanie włóknistej maty kompozytowej składającej się z nanowłókien polimerowych zawierających w swojej objętości piezoelektryczne kryształy tzn. takie, na których pojawiają się ładunki elektryczne pod wpływem naprężeń mechanicznych (rysunek 1b – załącznik nr 3). Mata o wymiarach wynoszących zaledwie 1,5 cm na 1,5 cm, pod wpływem ciśnienia i bez zastosowania układów wzmacniających generuje napięcie elektryczne rzędu 200 V, co jest dotychczas najlepszym wynikiem osiągniętym na skalę światową. Dzięki wysokiej skuteczności przekształcania energii mechanicznej na elektryczną, opracowane nanowłókna z powodzeniem mogą posłużyć do budowy nanogeneratora (rysunek 2a – załącznik nr 3), przetworników wysokoczęstotliwościowych, implantowanych biosensorów, czy też sensorów kompozytowych. Wykorzystując taki właśnie materiał można zwiększyć efektywność produkcji energii elektrycznej, poprzez umieszczenie opracowanych nanogeneratorów w podeszwach butów, które podczas spaceru staną się ładowarka dla naszego smartfona (rysunek 2b – załącznik nr 3). Ponadto zastosowanie materiałów obojętnych dla organizmów żywych, do których należą opracowane nanowłókna kompozytowe, mogą pozwolić w przyszłości na wykorzystanie naszego rozwiązania do zasilania nanogeneratora wszczepionego w klatce piersiowej człowieka, który z kolei w sposób ciągły pobudzałby pracę serca przekształcając energię mechaniczną generowaną przez ludzkie ciało na impulsy elektryczne, stając się tym samym rozrusznikiem serca nie wymagającym stosowania baterii.

Potencjał komercjalizacji

Włókniste materiały kompozytowe o osnowie polimerowej z wypełnieniem w postaci nanodrutów ferroelektrycznych sprawdzą się w obszarze militarnym, medycznym oraz przemyśle wysokich technologii, ze względu na wysoką skuteczność konwersji energii mechanicznej wynikającej m.in. z ruchu ludzkiego ciała, na elektryczną. Stając się tym samym ekologicznym źródłem zasilania m.in. ogólnie stosowanych, osobistych urządzeń elektronicznych.