Kujutage ette, et matkate mägedes, kui ilm satub. Vaatamata soojale karvkattele hakkab keha temperatuur langema. Kuid karta ei tohi. Karvkatte temperatuuriandurid tunnevad, et muutute külmemaks, aktiveerides kangasse soojendatud elemendid. Täiesti toastine, jätkate oma matka.
Kõlab nagu arukas idee, eks? Miks see pole reaalsus? Ühesõnaga patareid. Akutehnoloogia pole arenenud nii kiiresti kui kantav tehnoloogia, st kantavad tooted - nutikellad, treenimisjälgijad, rõivastega sisseehitatud meditsiinilised andurid - peavad olema kas mahukas patareidega või ühendatud sagedase intervalliga laadimisega.
Nüüd on Suurbritannia teadlastel uus areng, mis võib viia lahenduseni: paindlik, patareide laadne seade, mis on valmistatud grafeenist ja mida saab printida otse peaaegu kõigele.
"Saate patareisid printida elastsele aluspinnale, nagu tekstiilmaterjalid, " ütleb Mohammad Nazmul Karim, Manchesteri ülikooli Riikliku Grafeeni Instituudi kaasõpilane. "Ja seda saab väga kiiresti laadida."
Hiljuti ajakirjas 2D Materjalid kirjeldatud seadmed ei ole tehniliselt patareid, vaid superkondensaatorid, mis salvestavad energia nende pinnale staatilise laadimisega. Neid saab akudega võrreldes laadida eriti kiiresti - sekundites, mitte minutites või tundides - ega kaota aja jooksul oma energia salvestamise võimalusi isegi miljonite ja miljonite laadimiste järel.
Karimi ja tema meeskonna väljatöötatud superkondensaatorid on valmistatud grafeenist, mis on kahemõõtmeline võre, mille süsinik on vaid üks aatom paks. Teadlased kasutasid puuvillase kanga jaoks grafeenoksiidi tindi elastse superkondensaatori printimiseks põhilist sõeltrükitehnikat. Kangast saab kanda, venitada ja isegi pesu visata, ilma et see hävitaks superkondensaatori laadimisvõimalusi.
"Kui teil on riidetükk ja te kangate sellele grafeeni, ei muuda see mitte ainult juhtivust, vaid muudab selle ka tugevamaks, " räägib Karim.
Grafeeni saab venitada kuni 20 protsenti algsest suurusest suuremaks, purustamata. See on üks põhjusi, miks seda peetakse nii paljutõotavaks kantavate toodete puhul, mis peavad kehaga liikuma.
Meeskonna algne eesmärk on grafeeni superkondensaatorite kasutamine meditsiiniliste andurite jaoks: kantavad südamemonitorid, temperatuuriandurid ja EEG-andurid une ja muude aju tegevuste jälgimiseks. See võib juhtuda vaid kahe või kolme aasta pärast, Karimi hinnangul. Muu kasutusviis - mobiiltelefoni laadimisega riided, kantavad arvutid, isegi minu kirjeldatud temperatuuri stabiliseeriv jope - oleks märkimisväärselt tee ääres.
Kandatav tehnoloogia - kõik alates nutikelladest kuni treenimisjälgijateni kuni kantavate kaamerate ja rõivastega sisseehitatud meditsiiniliste sensoriteni - on suur äri. CCS Insight'i hiljutine analüüs näitab, et tööstus on 2020. aastaks väärt umbes 34 miljardit dollarit. Kuid laadimine on kantavate toodete arendajatele olnud pidev probleem. Keegi ei taha oma käepaela päeva keskel laadimiseks ära võtta. Nii et paremate akude ja alternatiivsete laadimislahenduste otsimine on kestnud juba aastaid. Paljud ettevõtted on pannud juhtmevaba laadimise kantavate esemete tuleviku laineks - õhtusöögi valmistamise ajal võiksite lihtsalt oma kööki sisse kõndida ja seadme juhtmevaba laadija abil seina laadida, isegi ilma seda maha võtmata. Kuid see tehnoloogia on endiselt väga väljatöötamisel ja tarbijad on seni turul olnud suhteliselt aeglaste ja kallite traadita laadijate jaoks aeglaselt soojenenud.
Karim hoiatab, et ka grafeen pole hõbekuul.
"Grafeeni ümber on palju hüpe ja peame olema ettevaatlikud, " ütleb ta.
Üks suur väljakutse on suures koguses kvaliteetse grafeeni valmistamine. Madalama kvaliteediga grafeeni on odav ja lihtne valmistada, mis sobib mõne rakenduse jaoks hästi. Kuid parima kvaliteediga grafeeni tootmine on endiselt kallis ja töömahukas, tegelevad probleemiuurijad.
"Grafeeni kõrge kvaliteedi säilitamine skaleeritavas koguses on tohutu väljakutse, " ütleb Karim.
Grafeeni veel üks puudus on see, et see ei juhita elektrit ega metalle. Ehkki grafeenil põhinevad superkondensaatorid on tugevad ja elastsed, aga ka suhteliselt keskkonnasõbralikud, on hõbe- või vask-superkondensaatorid elektrit juhtivamad. Sõltuvalt kasutusviisist võib eelistada üht või teist.
Nii et jälgige seda ruumi. Võib-olla kirjeldame kümne või kahe aasta pärast uut, grafeenist superkondensaatoriga töötavat talvejopet, mis sobib suurepäraselt teie järgmiseks Himaalaja reisiks.
