Годинама, дизајнерица тканина Марианне Фаирбанкс израђивала је соларне торбе. Њена компанија Ноон Солар била је окренута ка врхунском, градском модном тржишту, а на врхунцу се продавала у 30 продавница у Сједињеним Државама и Канади. Док је Ноон Солар затворио своја врата 2010. године, Фаирбанкс, који се 2014. године придружио Универзитету Висцонсин-Мадисон као доцент у школи људске екологије, и даље је био заинтригиран концептом соларног дизајна.
Једном када је стигла у кампус, Фаирбанкс је открио Трисха Андрев-а, доцента за органску хемију који је сада на Универзитету Массацхусеттс-Амхерст. Андревова специјалност је у развоју јефтиних, лаганих соларних ћелија. Конкретно, направила је соларну ћелију на бази органског обојења на папиру.
Сарадња између ове две почела је невиним телефонским позивом.
„Питао сам Трисх, “ каже Фаирбанкс, „можемо ли применити њену идеју коју је користила на папиру на текстилу. И тако је започео наш пројекат. "
"Начин на који се ствара данашња носива електроника једноставан је процес паковања", каже Андрев. „Фитбит или Аппле сат - сви имају ПЦБ [штампану плочу] која држи мало електронско коло. Омогућује вам да 'носите' тај уређај, али по мени то није права носива електроника. То је само нешто што је закрпљено на други материјал. "
Њихова заједничка страст према соларним иновацијама сада их налаже да финализирају дизајн соларног текстила. Иако су планови Фаирбанкса да на крају узгајају готову тканину, Андрев се нада да ће узети ту тканину и производити производе који се могу продати. Андрев предвиђа тканине за гријана ауто сједала или чак мале соларне плоче ушивене у већу одјећу.
Трисха Андрев, лево и Марианне Фаирбанкс, десно, развили су ткани прототип соларног текстила. (Фото: Јефф Миллер / УВ-Мадисон) Историјски су соларни панели направљени од стакла или пластике - материјала који су тврди и могу се уништити прилично лако. Истраживачи су се први пут окренули текстилу 2001. године, настојећи да створе соларну компоненту која је флексибилна, прозрачна и флексибилна. Од тада су соларне тканине уграђене у покриваче стадиона, колица и чак носиву уметност, али Андрев и Фаирбанкс тврде да је њихова тканина супериорнија у односу на дисање, чврстоћу и густоћу других група. Не само што су смислили како да свој процес користе на било којој врсти тканине, већ зато што је ово сарадња научника и дизајнера, они такође имају могућност проширити опсег соларног текстила на комерцијалнијем тржишту прилагођеном потрошачима.
„Највећи проблем је што су текстили, из инжењерске и хемијске бриге, невероватни груби“, каже Андрев. „Они су тродимензионални супстрат; нису равни. "
Њихова соларна ћелија састоји се од једног слоја тканине који има четири слоја различитих полимера. Први премаз је поли (3, 4-етилендиокстиофен), или „ПЕДОТ“, за коју су Андрев и њен асистент за докторе истраживања, Лусхуаи Зханг, открили да раде невероватно добро да повећају проводљивост тканине. Друга три слоја су различите полуводичке боје, попут плавог бакра фталоцијанина, који делују као фотоактивни слојеви или апсорптери светлости за ћелију. Андрев и Фаирбанкс постигли су поновљени успех са прва два капута, али још увек раде на везама за капуте три и четири.
Тканине, за разлику од глатког и сјајног стакла или пластике, су порозне, што их чини равномерним премазивањем специфичним полимерима помало замршеним. Ако размислите о томе како се ствара комад тканине, састављен је од више влакана исплетених заједно. Свако влакно имаће различит ниво храпавости, који, са хемијског становишта, укључује вишеструке светлосне лествице (нанометар, микрометар, итд.).
„Да бисте електронски проводљиви полимер заиста поставили преко те површине, морате прећи све ове различите светлосне ваге“, каже Андрев. "А то је тешко."
Да би заобишао овај проблем, Андрев је одлучио испробати хемијско таложење испарења (ЦВД), технику обично резервисану за неорганске експерименте који користе тврде подлоге попут метала или пластике. Користећи својства масовног транспорта или опште физичке законе који регулишу кретање масе са једне тачке на другу, Андрев може равномерно премазати било коју произвољну супстанцу, укључујући и тканину, јер наноматеријали који се користе не брину о површини супстрата. . Још боље, она примењује ПЕДОТ унутар вакуума.
Следећи корак је био одређивање који ће тканине најбоље функционисати.
„Донео сам свилу, вуну, најлон - све ове различите подлоге“, каже Фаирбанкс, напомињући да су материјали стандардни узорци из Јо-Анн Фабрицс-а. Да би тестирали тканине, премазали су сваки с ПЕДОТ-ом и другим полуводичким материјалима, а затим их спојили на спојнице и жице за електроде. Примењивали су напон и мерили излазну струју за сваку серију.
„Неки од њих би загрејали енергију и пренијели је у топлоту; неки од њих су дозирали топлину, а ипак се одвијали много лакше “, каже Фаирбанкс.
"Проводљивост ПЕДОТ-а је у потпуности одређена основним текстилом", додаје Андрев. „Да смо имали порозан текстил, добили бисмо проводљивост већу од бакра. Ако смо имали врло нејасан текстил, попут лепршавог памучног дреса или вуненог филца или врло чврсто тканог текстила, тада је проводљивост ПЕДОТ-а била заиста лоша. "
На основу својих почетних експеримената, Андрев је предложио прототип рукавица да се искористе различита својства сваке тканине. У основи, њихов дизајн је користио специфични текстил за подношење електричне енергије за загревање различитих делова рукавица. Прототип је направљен од влакана од ананаса, која је врло проводљива и упија топлину, и памука, који делује као кочница за задржавање топлине садржане у слојевима. Ово је прва ставка коју је двојац створио, за коју се надају да ће је заиста пласирати на тржиште.
"Оно што је заиста фасцинантно у овој сарадњи", каже Фаирбанкс, "је да се нисмо посебно окупили да бисмо створили ову рукавицу. То је био само један од ових осталих резултата оригиналног истраживања. "
Кроз процес истраживања и развоја, Андрев и Фаирбанкс експериментирали су изван своје почетне идеје о соларном текстилу, која је још увек у току, до друге соларне иновације која укључује облагање сваког појединачног влакна ПЕДОТ-ом и ткање комада заједно како би се формирао радни круг . Ова потпуно оригинална тканина делује попут трибоелектричног уређаја, преводећи механичко кретање у снагу. Двојац је конструирао парчиће величине 10 до 10 инча различитих образаца ткања, са најефикаснијим стварањем снаге око 400 миливата, једноставним махањем около као малу заставу.
"Ако сте уствари направили стандардну завјесу за кућу, нешто од 4 до 4 ноге, онда је то више него довољно снаге за пуњење вашег паметног телефона", каже Андрев, напомињући да ће материјалу бити потребан само повјетарац који улази кроз прозор да произведе тај ниво моћи.
Андрев и Фаирбанкс сарађују са неколико компанија унутар различитих индустрија које су заинтересоване да ове идеје укључе у будуће производе. Андрев, на пример, има грант за ваздухопловство намењен производњи соларних шатора за употребу војника и има опрему на отвореном у развоју са Патагонијом.
"Заиста сам узбуђен, јер је текстил преносив и лаган", каже Фаирбанкс. „Могли би бити распоређени у дивљини за ловца или у пољу за медицинску или војну употребу на начин на који велики незграпни соларни панели никада не би могли бити.“
Фаирбанкс види безгранични потенцијал. Соларни текстил, каже, могао би да се користи за стотине будућих примена, укључујући кишобране, тенде и избегличка склоништа, док би се трибоелектрична тканина могла користити у кућним потрепштинама или у спортским реквизитима, као што су мајице за трчање и тенисице - све што захтева кретање од тада тако се ствара снага.
„Узбуђен сам што ћу 100% функционисати и изаћи у свет“, каже Фаирбанкс.
