Các nhà nghiên cứu tại trường Đại học Bath ở Anh, Viện Nghiên cứu polyme Max Planck (Đức) và Đại học Coimbra (Bồ Đào Nha) đã phối hợp tìm ra cách sản xuất sợi nilon đủ thông minh để sản xuất điện từ chuyển động đơn giản của cơ thể. Kết quả nghiên cứu mở đường cho ra đời loại quần áo thông minh theo dõi sức khỏe của con người thông qua các cảm biến thu nhỏ và sạc các thiết bị điện mà không cần nguồn điện bên ngoài. Phát hiện này dựa vào công trình nghiên cứu đột phá về loại nilon áp điện được xử lý bằng dung dịch do GS. Kamal Asadi tại Khoa Vật lý thuộc trường Đại học Bath và cựu nghiên cứu sinh TS. Saleem Anwar thực hiện.

Áp điện mô tả hiện tượng cơ năng được biến đổi thành điện năng. Đơn giản là, khi bạn chạm vào hoặc bóp méo một vật liệu áp điện, nó sẽ sinh ra điện tích. Khi bổ sung mạch điện, có thể khai thác điện tích như để lưu trữ trong tụ điện và sau đó sử dụng để cấp cho điện thoại di động. Khi mặc quần áo áp điện như áo sơ mi, thì thậm chí một cử động đơn giản như vung tay cũng có thể khiến các sợi vải của áo bị biến dạng đủ để sản sinh điện.

GS. Asadi cho rằng: "Nhu cầu vải điện tử thông minh đang gia tăng nhưng việc tìm kiếm các loại sợi nguyên liệu điện tử rẻ tiền và sẵn có phù hợp với quần áo hiện nay là thách thức đối với ngành dệt may. Vật liệu áp điện là ứng viên sáng giá để thu năng lượng từ các rung động cơ học như chuyển động của cơ thể, nhưng hầu hết các vật liệu này là gốm và chứa chì độc hại và khiến việc tích hợp chúng trong các thiết bị điện tử mang theo người hoặc quần áo trở nên khó khăn".

Từ những năm 1980, các nhà khoa học đã biết đến tính chất áp điện của nilon và thực tế vật liệu này không chứa chì và không độc hại, đã khiến nó trở nên đặc biệt hấp dẫn. Tuy nhiên, loại vải mềm mịn do con người tạo ra, thường được kết hợp với áo phông rẻ tiền và tất quần là "chất liệu rất khó xử lý", theo GS. Asadi. “Việc tạo ra các sợi nylon giữ được tính chất áp điện là điều khó khăn”.

Ở dạng polyme thô, nilon là loại bột trắng có thể được trộn với các vật liệu khác (tự nhiên hoặc nhân tạo) và sau đó được đúc thành vô số sản phẩm, từ quần áo và lông bàn chải đánh răng đến bao bì thực phẩm và phụ tùng xe hơi. Khi nilon bị khử thành dạng tinh thể cụ thể, nó sẽ trở thành áp điện. Phương pháp tạo ra các tinh thể nilon này là làm tan chảy, làm nguội nhanh và sau đó kéo căng nilon. Tuy nhiên, quá trình này tạo ra các tấm dày (được gọi là “màng”) có tính chất áp điện nhưng không phù hợp với quần áo. Nilon sẽ cần được kéo căng thành sợi để dệt thành quần áo hoặc thành một màng mỏng để sử dụng trong các thiết bị điện tử mang theo người.

Thách thức sản xuất màng nilon áp điện mỏng được cho là không thể vượt qua. Nguồn cảm hứng ban đầu trong việc tạo ra các sản phẩm may mặc bằng nylon áp điện đã giảm, dẫn đến hoạt động nghiên cứu trong lĩnh vực này gần như dừng lại vào những năm 1990.

Sau đó, GS. Asadi và ông Anwar - kỹ sư dệt may - đã thực hiện một cách tiếp cận hoàn toàn mới để sản xuất màng mỏng nilon áp điện. Họ đã hòa tan bột nylon trong dung môi axit thay vì làm tan chảy nó. Tuy nhiên, họ phát hiện ra rằng màng thành phẩm chứa các phân tử dung môi bị kẹt bên trong vật liệu, do đó, cản trở sự hình thành pha áp điện.

Tình cờ, hai nhà nghiên cứu đã phát hiện ra cách trộn dung dịch axit với axeton (hóa chất được biết đến nhiều nhất là chất pha loãng sơn hoặc chất tẩy sơn móng tay) để hòa tan nilon và sau đó chiết xuất axit một cách hiệu quả để lại màng nylon trong pha áp điện. “Theo các nhà nghiên cứu, axeton liên kết với các phân tử axit rất chắc, nên khi axeton bay hơi khỏi dung dịch nilon, nó sẽ mang theo axit. Những gì còn lại là nilon ở giai đoạn tinh thể áp điện của nó. Bước tiếp theo là biến nilon thành sợi và sau đó tích hợp vào vải".

Tạo ra sợi áp điện là một bước tiến quan trọng để sản xuất vải điện tử với các ứng dụng trong lĩnh vực sản xuất điện tử mang theo người. Mục tiêu là tích hợp các yếu tố điện tử như cảm biến vào một loại vải và để sản xuất điện khi chúng ta di chuyển. Rất có thể, điện năng thu được từ các sợi vải của quần áo áp điện sẽ được lưu trữ trong pin đặt trong túi. Sau đó, pin này sẽ kết nối với thiết bị bằng dây hoặc không dây.

GS. Asadi cho rằng: “Trong những năm tới, chúng ta có thể sử dụng áo phông để cấp điện cho thiết bị như điện thoại di động khi chúng ta đi bộ trong rừng hoặc để theo dõi sức khỏe của mình”.

N.P.D (NASATI), theo https://www.sciencedaily.com/releases/2020/11/201106113900.htm, 6/10/2020