Obwohl Stevia vor allem als kalorienarme Zuckeralternative bekannt ist, haben Forscher kürzlich herausgefunden, dass es weitreichende Anwendungsmöglichkeiten haben könnte, die über das Süßen Ihres Morgenkaffees hinausgehen, beispielsweise beim Fahren einiger der coolsten neuen elektronischen Geräte. Eine neue, in Advanced Materials veröffentlichte Studie legt nahe, dass ein auf Stevia basierender triboelektrischer Hydrogel-Nanogenerator (S-TENG) transparent, dehnbar und langlebig genug für den Einsatz in faltbaren Geräten sein kann, was den Weg zu tragbaren Geräten (wie denen, die zur Schlafverfolgung verwendet werden) und anderen Soft-Elektronikgeräten öffnet, die langlebiger sind als ihre bestehenden Gegenstücke. Ein S-TENG ist eine Art energieautarkes Sensormaterial, das beim Drücken, Biegen oder Trennen Strom erzeugt, der dann zur Bewegungserkennung oder zur tragbaren Erkennung verwendet werden kann.
Flexible Elektronik steht derzeit im Rampenlicht, wobei faltbare Telefone und Tablets sowie hautähnliche Geräte, die sich mit dem Körper bewegen und beugen können, für Schlagzeilen sorgen. Die Herausforderung bei der Entwicklung dieser Geräte liegt jedoch auf der Materialseite: Viele der in Betracht gezogenen Geräte sind zu zerbrechlich, undurchsichtig oder haben zu geringe Dehnfähigkeiten, bevor ihre Leistung nachlässt. Stevia, oder genauer gesagt ein transparentes, verformbares und rückgewinnbares Hydrogel auf der Basis von Stevia und Polyvinylalkohol (PVA), könnte der Schlüssel zur gleichzeitigen Beseitigung mehrerer dieser Einschränkungen sein.
Wie Stevia flexible Technologien erschließen könnte
Die Forscher fanden heraus, dass die Zugabe von Stevia zu PVA zur Herstellung eines TENG-Hydrogels dessen mechanische Festigkeit verbesserte und gleichzeitig die Stromproduktion förderte, wodurch das Material nützlicher als ein einfaches weiches Polymer für die Energiegewinnungselektronik wurde. Das auf Stevia basierende Hydrogel scheint ein TENG-Trio (weich, transparent und langlebig) zur Stromerzeugung zu bieten, indem es ein Material schafft, das sich biegen und erholen kann, ohne wichtige Eigenschaften für die Wahrnehmung und Energieerzeugung zu verlieren. Es ist wichtig zu beachten, dass nur die TENG-Schicht betroffen ist, nicht aber andere Komponenten eines Geräts, was bedeutet, dass sie möglicherweise keinen universellen Einfluss auf die Gesamthaltbarkeit künftiger flexibler elektronischer Geräte hat.
Der unmittelbarste Anwendungsfall für den Einsatz dieser neuen TENGs sind innovative neue Wearables. Es eröffnet den Weg zu Geräten, die sich selbst mit Strom versorgen oder ihre Batterien aufladen können, indem sie Energie aus der Bewegung eines sich bewegenden Körpers zurückgewinnen. Wenn die stärkende Wirkung von Stevia auf alle Hydrogel-Materialien angewendet werden könnte, könnten wir eine Revolution bei Wearables erleben. Hydrogele werden bereits als Plattform für flexible Displays und Berührungssensoren untersucht. Wenn Stevia verwendet werden kann, um sie nachhaltiger zu machen, werden diese Technologien schneller in die Hände der Verbraucher gelangen.
Was Stevia bewirken könnte
Diese Art der Hardwareentwicklung ist Teil des umfassenderen Rahmens der Entwicklung flexibler Elektronik. Forscher haben daran gearbeitet, bessere Substrate, haltbarere Schaltkreisschichten und verbesserte Ansätze zur Bekämpfung von Rissen in einem breiteren Spektrum von Gerätematerialien zu entwickeln, da einer der Hauptfeinde der Flexibilität die Art der wiederholten Belastung ist, die das Biegen herkömmlichen Materialien auferlegt. Fortschritte bei Stevia sind dabei von entscheidender Bedeutung, da sie zur Entwicklung von Materialien in der TENG-Schicht führen könnten, die sich dehnen und erholen können und gleichzeitig das elektrische Verhalten beibehalten, das zur Gewinnung von Energie aus Bewegung und Berührung erforderlich ist.
Die Einsatzmöglichkeiten sind riesig. Stevia-Hydrogel ermöglicht die Entwicklung transparenter Pflaster, die Gelenkbewegungen (und Blockaden) überwachen können, oder kleiner Sensoren, die direkt in die Kleidung eingenäht werden könnten, um Körpertemperatur, Herzfrequenz, Blutfluss oder andere gesundheitsbezogene Indikatoren zu überwachen. Im Rahmen der Studie baute das Team einen Sensor, den es an verschiedenen Körperteilen anbrachte und zur Erkennung von Bewegungen wie Fingerbeugung, Halsbewegungen (wie Sprechen) sowie Handgelenk-, Ellbogen- und Kniebewegungen verwendete. Laut Professor Kyungwho Cho, einem der Autoren der Studie, könnten Sensoren dieser Art dazu beitragen, die Rehabilitationsüberwachung zu verbessern und einen Beitrag zu IoT-basierten tragbaren Geräten zu leisten.