T-Shirt’ler Elektrik Üretiyor!. Geleceğin Teknolojileri İçin Mükemmel Malzemeler!.

Teknoloji, insanoğlunun ihtiyaçlarına uygun yardımcı alet ve araçların yapılması ya da üretilmesi için gerekli bilgi ve yetenek olarak tanımlanır. Ancak bu amaçla üretilen her alet ve araç yeni ihtiyaçları da beraberinde getiriyor. Düşünsenize, elektriğin hayatımıza girmesiyle etrafımız yavaş yavaş kablolarla dolmaya başladı. Ancak birbirine girmiş kablolar ve arkasındaki toz perdesi kablosuz teknolojinin önünü açtı. Kablosuz telefonlar, klavyeler, fareler, modemler ve daha birçoğu ile tanıştık. Şimdi ise hayatımızla bütünleşmiş bu taşınabilir cihazları ‘sürekli’ kullanabilmenin yollarını arıyoruz…

Hepimizin bildiği gibi maddenin temel özelliklerinden biri elektrik akımını iletebilmesi veya iletememesidir. Buna göre maddeler, iletken, yarı iletken ve yalıtkan olarak sınıflandırılırlar. Elektrik akımını iletebilen tekstil ürünleri ise 1980’lerin ortalarından itibaren hayatımıza girmeye başladı. Böylece çevresel tepkilere karşı uyarı veren giysiler, mp3- oynatıcı veya cep telefonu entegre edilmiş ceketler, ailelerin çocuklarını gittikleri yerlerde izleyebilmelerini sağlayan çocuk T-Shirt’leri gibi bir çok ürün de hayatımıza girdi. Bilim adamlarının sıradaki uğraşı ise elektrik üretebilen iplikler geliştirebilmekti. Bu sayede elektrik akımını ileten iplikler bir üst seviyeye taşınacak ve taşınabilir elektronik cihazların elektrik ihtiyacı her an karşılanabilecekti…

İşte Çinli araştırmacılar bu soruna bir çözüm buldular. Güneş enerjisinden elektrik üretebilen iplikler!

Çalışmalarının sonuçlarını bu yıl Mart ayında yayınlanan ‘Advanced Energy Materials’ dergisinde sunan araştırmacılar, akım üretebilen solar liflerin verimini neredeyse %2’ye kadar yükseltmeyi başardıklarını ve bu az verime rağmen etkili bir güneş ışığı altında bir mp3-oynatıcının elektrik ihtiyacını karşılayabildiklerini belirtiyorlar.

Şangay Fudan Üniversitesinde çalışan Huisheng Peng ve arkadaşları en önemli amaçlarının solar liflerin etkinliğini artırmak olduğunu söylüyor ve bunu elektriksel yüklerin transferini kolaylaştıran titanyum dioksitten (TiO₂) oluşan nano parçacıklar ile başardıklarını ekliyor. Çok ince titanyum bir telin üzerini nano boyuttaki titanyum dioksitten oluşan bir tabaka ile saran araştırmacılar, bu tabakanın üstünü de polimerler ile kaplıyorlar. Ardından karbon nanotüplerden oluşan başka bir lif ile bu teli büküyorlar. İşte güneş ışığındaki fotonları yakalayarak elektrik enerjisine çeviren ipliğimiz hazır!

Burada geleceğin yıldızı olarak görülen karbon nanotüplere kısaca değinmek gerekirse; bu nanotüpler tek sıra karbon atomundan oluşan grafenin silindir bir şekilde bükülmesi ile elde edilirler. Esnek, dayanıklı ve güçlü bir yapıya sahiptirler. Ayrıca grafen yapısı sayesinde elektrik iletimi ve ısı yalıtımı konusunda da mucizeler yaratıyorlar.

İşte karbon nanotüplerin bu stabil yapısı sayesinde lif, iplik şeklindeki solar hücrenin anodu olarak görev yaparken, merkezde bulunan titanyum tel ise bu hücrenin katot görevini üstlenir. Ancak yıkanabilir tekstil ürünleri için önemli olan suyun, bu malzeme üzerinde ne gibi etkileri olduğunu henüz test edilmemiştir. Bu nedenle bilim adamları, daha fazla miktarda iletken iplikler üretebilmek için, üretim işlemlerini hızlı bir şekilde tekstil ürünlerinin üretim yöntemlerine uyarlamak istiyorlar.

Ama tabi ki, bilim her zaman bir problemin çözümü için birden fazla yol bulmaya çalışır. Yani, gelecekte tekstil ürünlerinden elektrik elde edebilmenin tek yolu güneş ışınları değil!

Georgia Teknoloji Enstitüsü’nde çalışan Zhong Lin Wang ve arkadaşları da merkezinde çinko oksit bulunan bir iplik ile hareketlerimiz sonucu doğan mekanik enerjiden elektrik akımı üretmeye çalışıyorlar. Buna piezoelektrik etki deniyor. Wang ve arkadaşları birkaç yıldır detaylıca hazırlanmış prototipler geliştirdiler ve şimdiye kadar tek başına bir LED’i çalıştırmayı başardılar.

Sonuç olarak, ele aldığımız iki çalışma da elektrik üretebilen malzemelere giden yolun çok da uzak olmadığını gösteriyor. Belki ileride, güneş ışığından ve mekanik hareketlerden elektrik üretebilen bu iplikler kombine edilerek verim artırılabilir ya da bu ipliklerin hava ve suya karşı dayanıklılıkları uygun bir yöntem ile artırılabilir.

Senem SAĞLAM / 23.05.2014
Hacettepe Üniversitesi Eğitim Fakültesi OFMA Anabilim Dalı Yüksek Lisans Öğrencisi
Kuark Bilim Topluluğu Popüler Bilim Yayın Grubu

Kaynaklar:

1.  Zhitao Zhang et al. (2014). Weaving efficient polymer solar cell wires into flexible power textiles. Advanced Energy Materials, 1301750, DOI: 10.1002/aenm.201301750
2.  Zhong Lin Wang, Xudong Wang, Jinhui Song, Jin Liu, and Yifan Gao. (2008). Piezoelectric nanogenerators for self-powered nanodevices. IEEE Pervasive Computing, Vol. 7, No. 1.