PVDF-HFP/SWCNT radiation-modulated thermoelectric fibrous membranes enabling synergistic photothermal- thermoelectric conversion
यह अध्ययन इलेक्ट्रोस्टैटिक एयर-ब्लो स्पिनिंग के माध्यम से निर्मित विकिरण-मॉड्यूलेटेड PVDF-HFP/SWCNT रेशेदार झिल्लियों को प्रस्तुत करता है, जो बाहरी हीटिंग के बिना स्वयं-संचालित ऊर्जा संचयन के लिए सहक्रियात्मक फोटोथर्मल-थर्मोइलेक्ट्रिक रूपांतरण प्राप्त करने हेतु एक परस्पर जुड़े हुए SWCNT नेटवर्क और असममित ऑप्टिकल गुणों का लाभ उठाते हैं।
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दुनिया एक ऐसे भविष्य की ओर बढ़ रही है जहाँ हमारे कपड़े और उपकरण केवल वे चीजें नहीं होंगे जिन्हें हम पहनते हैं, बल्कि वे उपकरण होंगे जो हमारे परिवेश के साथ अंतःक्रिया करते हैं। एक ऐसे कपड़े की कल्पना करें जो स्पर्श या तापमान में परिवर्तन को महसूस कर सके, या एक ऐसी जैकेट जो भारी बैटरी की आवश्यकता के बिना एक छोटे सेंसर को बिजली देने में मदद करे। इसे संभव बनाने के लिए, वैज्ञानिक ऐसे पदार्थों की तलाश कर रहे हैं जो लचीले भी हों और गर्मी को बिजली में बदलने में सक्षम भी हों। यह प्रक्रिया एक भौतिक घटना पर निर्भर करती है जहाँ किसी पदार्थ के दो पक्षों के बीच तापमान का अंतर एक विद्युत वोल्टेज उत्पन्न करता है। हालाँकि यह प्रभाव अच्छी तरह से ज्ञात है, लेकिन इसे रोज़मर्रा के पहनावे में उपयोग करना कठिन रहा है। गर्मी से बिजली उत्पन्न करने वाले पारंपरिक पदार्थ आमतौर पर धातु या सिरेमिक के सख्त, भारी ब्लॉक होते हैं, जो मानव शरीर के साथ मुड़ नहीं सकते। इसके अलावा, इन पदार्थों को काम करने के लिए गर्मी के निरंतर प्रवाह की आवश्यकता होती है, लेकिन दैनिक जीवन में हम जो प्राकृतिक तापमान अंतर अनुभव करते हैं, वे अक्सर उपयोगी शक्ति उत्पन्न करने के लिए बहुत कम होते हैं। चुनौती एक ऐसा पदार्थ बनाने की थी जो पहनने के लिए पर्याप्त नरम हो, टिकाऊ होने के लिए पर्याप्त मजबूत हो, और अपनी गर्मी का अंतर पैदा करने के लिए सूर्य के प्रकाश को पकड़ने में पर्याप्त स्मार्ट हो।
शोधकर्ताओं की एक टीम ने एक नया प्रकार का कपड़ा विकसित किया है जो दो अलग-अलग कार्यों को एक ही लचीली शीट में संयोजित करके इन बाधाओं को दूर करता है। उन्होंने एक टिकाऊ प्लास्टिक पॉलीमर और सिंगल-वॉल्ड कार्बन नैनोट्यूब से बनी एक झिल्ली (मेम्ब्रेन) बनाई, जो कार्बन के अविश्वसनीय रूप से पतले, नली के आकार के रूप, हैं। उनकी सफलता की कुंजी एक विशेष विनिर्माण तकनीक थी जिसने उन्हें इसकी संरचना को खराब किए बिना सामग्री को परतों में बनाने की अनुमति दी। कार्बन नैनोट्यूब को सीधे प्लास्टिक के घोल में मिलाने के बजाय, जो मिश्रण को फाइबर में स्पिन करने के लिए बहुत गाढ़ा बना सकता है, उन्होंने एक ऐसी विधि का उपयोग किया जिससे कार्बन नैनोट्यूब को फाइबर के बनते समय प्लास्टिक फाइबर की सतह पर फूँका गया। यह दृष्टिकोण सुनिश्चित करता है कि कार्बन नैनोट्यूब फाइबर के बाहरी हिस्से पर और उन बिंदुओं पर बैठें जहाँ फाइबर एक-दूसरे को काटते हैं, जिससे बिजली के प्रवाह के लिए एक निरंतर नेटवर्क बनता है जबकि कपड़ा लचीला बना रहता है।
परिणामस्वरूप बनी सामग्री एक काली, रेशेदार शीट है जो आश्चर्यजनक रूप से मजबूत है। परीक्षण के दौरान, इस झिल्ली के सबसे अच्छे संस्करण ने 34.71 मेगापास्कल के खिंचाव बल का सामना किया, जो इसे साधारण प्लास्टिक संस्करण की तुलना में काफी अधिक मजबूत बनाता है। साथ ही, यह 46 सीमेंस प्रति मीटर की दर से बिजली का संचालन करती है, जो प्रदर्शन का एक ऐसा स्तर है जो इसे एक प्रभावी चालक के रूप में कार्य करने की अनुमति देता है। शोधकर्ताओं ने पाया कि कार्बन नैनोट्यूब ने न केवल कपड़े को चालक बनाया; बल्कि उन्होंने यह भी बदल दिया कि सामग्री प्रकाश के साथ कैसे अंतःक्रिया करती है। साधारण प्लास्टिक फाइबर अत्यधिक परावर्तक होते हैं, जो अधिकांश सूर्य के प्रकाश को वापस उछाल देते हैं, जबकि कार्बन नैनोट्यूब उसी सूर्य के प्रकाश को अवशोषित करने और उसे गर्मी में बदलने में उत्कृष्ट होते हैं। इन दोनों गुणों को एक विशिष्ट तरीके से व्यवस्थित करके, टीम ने एक ऐसी प्रणाली बनाई जो अपना तापमान अंतर स्वयं उत्पन्न कर सकती है।
अपने प्रयोगों में, शोधकर्ताओं ने झिल्ली को एक ऐसी सतह पर रखा जो गर्मी को दूर खींचने में मदद करती है और केवल एक तरफ सिम्युलेटेड (कृत्रिम) सूर्य के प्रकाश के संपर्क में रखा। क्योंकि उजागर पक्ष ने प्रकाश को अवशोषित किया और गर्म हो गया, जबकि ढका हुआ पक्ष ठंडा रहा, इसलिए कपड़े की सतह पर लगभग 10 डिग्री सेल्सियस का तापमान अंतर पैदा हुआ। यह स्वयं-निर्मित तापमान अंतर थर्मोइलेक्ट्रिक प्रभाव को सक्रिय करने के लिए पर्याप्त था, जिससे सामग्री ने एक स्थिर विद्युत वोल्टेज उत्पन्न किया। इन परिस्थितियों में, झिल्ली ने 11.25 पिकोवाट प्रति वर्ग सेंटीमीटर का पावर आउटपुट दिया जब तापमान का अंतर 20 डिग्री था। प्रणाली स्थिर रही, जिसने समय के साथ अपने पावर आउटपुट को बनाए रखा और हर बार प्रकाश चालू और बंद होने पर विश्वसनीय रूप से प्रतिक्रिया दी। यह कार्य यह प्रदर्शित करता है कि सौर ऊर्जा प्राप्त करने और उसे बिजली में बदलने की क्षमता को एक ही लचीले टेक्सटाइल के भीतर एकीकृत करना संभव है, जो स्व-संचालित पहनने योग्य इलेक्ट्रॉनिक्स की ओर एक नया मार्ग प्रदान करता है जिन्हें बाहरी हीटिंग स्रोतों या कठोर घटकों की आवश्यकता नहीं होती है।
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