Tänk dig en tröja med inbyggd elektronik som övervakar din hälsa eller laddar mobilen under löprundan. En forskargrupp vid Chalmers kan nu visa att en vanlig silkestråd, med en yta av ledande plastmaterial, skulle kunna förvandla textilier till elektriska generatorer.
I så kallade termoelektriska textilier omvandlas temperaturskillnader, mellan till exempel våra kroppar och den omgivande luften, till elektrisk ström. Det här är teknik som kan komma till nytta i människors vardagsliv och i samhället.
När textilierna kopplas till en sensor kan de driva elektronik som integreras i tyg – utan att batterier, sladdar eller annan teknik behövs för laddning. Ett användningsområde kan vara att mäta rörelser eller kroppsfunktioner som hjärtslag.
Men eftersom textilierna ska bäras nära kroppen måste materialen som används klara höga krav på säkerhet och flexibilitet.
Silkestråd med speciell yta
I en studie har forskare vid Chalmers testat en speciell silkestråd. Den har en beläggning av så kallad ledande polymer. Det är ett plastmaterial med en kemisk struktur som gör materialet elektriskt ledande och anpassat för textilier.
– Polymererna som vi använder är böjbara, sträckbara, väger inte mycket och är lätta att använda eftersom de fungerar i både flytande och fast form. De är dessutom giftfria, säger Mariavittoria Craighero, som är doktorand inom kemiteknik på Chalmers.
Metoden bakom den elektriskt ledande tråden är inte ny, men har nu utvecklats av Chalmersforskarna. Tidigare behövde tråden innehålla metall för att behålla sin stabilitet i kontakt med luft. Den nya tråden kan tillverkas av enbart organiska plastmaterial.
– Vi hittade pusselbiten som saknades i vår tråd – en typ av polymer som nyligen upptäckts. Den har en enastående stabilitet i kontakt med luft, samtidigt som den har en mycket bra förmåga att leda elektricitet. Genom att använda polymerer behöver vi inte några sällsynta jordartsmetaller, som annars är vanliga i elektronik, säger Mariavittoria Craighero.
Så testades silkestråden
För att visa hur den nya tråden kan användas i praktiken tillverkade forskarna två så kallade termoelektriska generatorer – en knapp som syddes fast med tråden, och en textilbit med insydda trådar.
När de placerade de termoelektriska textilierna mellan en varm och en kall yta kunde de se hur mycket spänningen på mätinstrumentet gick upp. Effekten berodde på hur stor temperaturskillnaden var och mängden ledande material som textilierna bestod av. Som ett exempel visade den större textilbiten cirka 6 millivolt vid en temperaturskillnad på 30 grader.
I kombination med en spänningsomvandlare skulle det rent teoretiskt kunna fungera för en USB-port som laddar bärbar elektronik.
Forskarna kan visa att materialets funktioner kan bibehållas i minst ett år. Det tål dessutom maskintvätt.
– Efter sju tvättar hade tråden kvar två tredjedelar av sin elektriskt ledande funktion. Det är ett mycket gott resultat, även om det behöver förbättras betydligt innan det blir kommersiellt intressant, säger Mariavittoria Craighero.
Framsteg för nya textilier
Det termoelektriska tyget och knappen kan i nuläget inte produceras på ett effektivt sätt utanför labbmiljön. Materialet måste tillverkas och sys in för hand, vilket är tidskrävande. Men forskarna tror att det framöver är möjligt att utveckla en automatiserad process.
– Vi har nu visat att det går att tillverka ledande organiska material som kan möta funktionerna och egenskaperna som de här textilierna kräver. Det är ett viktigt framsteg och det ryms fantastiska möjligheter i termoelektriska textilier. Vi ser att den här forskningen kan bidra med mycket nytta i samhället, säger Christian Müller som är professor vid Chalmers och forskningsledare för studien.
Vetenskaplig studie
Poly(benzodifurandione) Coated Silk Yarn for Thermoelectric Textiles, Advanced Science.
