Si immagini un maglione che alimenta l'elettronica utilizzata per monitorare la propria salute o caricare il proprio cellulare mentre si corre: questo sviluppo si scontra con la mancanza di materiali che conducano l'elettricità in modo stabile e che siano adatti ai tessuti; ora un gruppo di ricerca, guidato dalla Chalmers University of Technology in Svezia, ha presentato un normale filo di seta, rivestito con un materiale plastico conduttivo, che mostra proprietà promettenti per trasformare i tessuti in generatori di elettricità.
I tessuti termoelettrici – spiegano i ricercatori – convertono le differenze di temperatura, ad esempio tra il nostro corpo e l'aria circostante, in un potenziale elettrico. Questa tecnologia secondo il team di ricerca può essere di grande utilità nella nostra vita quotidiana e nella società.
Collegati a un sensore, i tessuti possono alimentare questi dispositivi senza bisogno di batterie. Questi sensori possono essere ad esempio utilizzati per monitorare i movimenti o misurare il battito cardiaco. Poiché i tessuti devono essere indossati vicino al corpo, i materiali utilizzati devono soddisfare elevati requisiti di sicurezza e flessibilità. Il filo di seta testato dai ricercatori ha un rivestimento in polimero conduttore. Si tratta – specifica il team – di un materiale plastico con una struttura chimica che lo rende elettricamente conduttivo e ben adatto ai tessuti.
"I polimeri che utilizziamo sono pieghevoli, leggeri e facili da usare sia in forma liquida che solida. Sono anche atossici", spiega Mariavittoria Craighero, dottoranda presso il Dipartimento di Chimica e Ingegneria Chimica della Chalmers University of Technology e prima autrice di uno studio pubblicato di recente.
Il metodo utilizzato per realizzare il filo elettricamente conduttivo è lo stesso utilizzato in studi precedenti nell'ambito dello stesso progetto di ricerca. In precedenza, il filo conteneva metalli per mantenere la sua stabilità a contatto con l'aria. Da allora sono stati fatti progressi per produrre il filo solo con polimeri organici (a base di carbonio). Nello studio attuale, i ricercatori hanno sviluppato un nuovo tipo di filo con maggiore conduttività elettrica e stabilità.
"Abbiamo trovato il pezzo mancante del puzzle per realizzare un filo ottimale: un tipo di polimero scoperto di recente. Ha un'eccezionale stabilità delle prestazioni a contatto con l'aria e, allo stesso tempo, un'ottima capacità di condurre l'elettricità. Utilizzando i polimeri, non abbiamo bisogno di metalli di terre rare, che sono comuni nell'elettronica", spiega Mariavittoria Craighero.
Per dimostrare come il nuovo filo possa essere utilizzato nella pratica, i ricercatori hanno realizzato due generatori termoelettrici: un bottone cucito con il filo e un pezzo di tessuto con i fili cuciti. Quando hanno posizionato i tessuti termoelettrici tra una superficie calda e una fredda, hanno potuto osservare l'aumento della tensione sullo strumento di misura. L'effetto dipendeva dalla differenza di temperatura e dalla quantità di materiale conduttore presente nel tessuto. Ad esempio, il pezzo di tessuto più grande mostrava circa 6 millivolt a una differenza di temperatura di 30 gradi Celsius.
In combinazione con un convertitore di tensione, potrebbe teoricamente essere utilizzato per caricare dispositivi elettronici portatili tramite un connettore USB. I ricercatori sono anche riusciti a dimostrare che le prestazioni del filo si mantengono per almeno un anno. È anche lavabile in lavatrice. "Dopo sette lavaggi, il filo ha mantenuto due terzi delle sue proprietà conduttive. È un risultato molto buono, anche se deve essere migliorato in modo significativo prima di diventare commercialmente interessante", afferma Mariavittoria Craighero.
Il tessuto termoelettrico e il bottone non possono essere prodotti in modo efficiente al di fuori dell'ambiente di laboratorio, sottolinea però il team di ricerca. Il materiale deve essere realizzato e cucito a mano, il che richiede molto tempo. Solo per cucirlo nel tessuto dimostrato sono stati necessari quattro giorni di lavoro ad ago. Ma i ricercatori ritengono che il nuovo filo abbia un grande potenziale e che sarebbe possibile sviluppare un processo automatizzato e scalabile.
"Abbiamo dimostrato che è possibile produrre materiali organici conduttivi in grado di soddisfare le funzioni e le proprietà richieste da questi tessuti. Si tratta di un importante passo avanti. Ci sono fantastiche opportunità nei tessuti termoelettrici e questa ricerca può essere di grande beneficio per la società", afferma Christian Müller, professore presso il Dipartimento di Chimica e Ingegneria Chimica della Chalmers University of Technology e responsabile dello studio.
