27 января 2015
Исследователи из Georgia Tech создали устройство, которое использует статическое электричество для преобразования движения, для того, чтобы,например, телефон подпрыгивая в кармане, обладал достаточной мощностью, чтобы зарядить батарею мобильного телефона. Это первая демонстрация того, что эти виды материалов способны справляться с задачами персональной электроники.
Избыточная энергия, производимая при ходьбе, ерзаньи, или даже дыхании, может, в теории, быть использована для целей подпитки медицинских имплантатов и другой электроники. Однако, использование энергии этих малых движений является сложной задачей.
Zhong Lin Wang, профессор материаловедения в Georgia Tech, работает над данной проблемой в течение нескольких лет, в основном делая упор на пьезоэлектрических материалах, которые генерируют электрическое напряжение под действием механических напряжений . Ванг и другие усиливют процесс пьезоэлектрического эффекта, манипулируя материалами на наноуровне. До сих пор, однако, пьезоэлектрические наногенераторы не давали впечатляющей выходной мощности.
Сейчас группа ученых показала, что иной подход может быть более перспективным: статическое электричество и трение. Этот эффект работает, когда вы проводите пластиковой расческой по сухим волосам, например. Исследователи Georgia Tech показали, что это явление статического заряда, называется трибоэлектрический эффект, который может быть использован для производства энергии с использованием таких различных типов пластика и металл. Тонкие пленки этих материалов вступают в контакт друг с другом. Когда две пленки согнуты, между ними появляется ток, который может быть использован для зарядки аккумуляторов. Когда две поверхности с узором наноразмерных структур соприкасаются, их площадь значительно больше, и поэтому трение между материалами достигает достаточных значений.
Наногенератор Georgia Tech может конвертировать от 10 до 15 процентов энергии механического движения в электрический ток. "Далее материалы могут быть в состоянии преобразовать целых 40 процентов такой энергии" - говорит Ван. Размером с ноготь, квадрат трибоэлектрического наноматериала может производить восемь милливатт, достаточную мощность для запуска кардиостимулятора. Квадрат, размером пять на пять сантиметров может осветить до 600 светодиодов сразу, или зарядить литий-ионный аккумулятор мобильного телефона. Группа Вана описала эти результаты в онлайн в журнале Nano Letters.
"Выбор материалов широк, и изготовлять такие устройства легко", говорит Ванг. Существет около 50 видов общих пластмасс, металлов и других материалов, могущих работать в паре для изготовления данного типа устройства
"Я впечатлен с плотностью выдаваемой мощности", говорит Shashank Priya, директор Центра энергетических материалов и систем в Технологическом университете Вирджинии. Другие умные материалы не дали достаточно мощности для практического применения" - говорит он.
Будут ли новые наногенераторы работать за пределами лаборатории еще предстоит выяснить. "Они должны продемонстрировать способность генерировать энергию от механических колебаний в реальной жизни", говорит Цзян Ли, профессор машиностроения в университете Вашингтона в Сиэтле. Для работы в реальном мире, поглотитель энергии должен быть в состоянии поднять на колебательные частоты, которые обеспечивают наиболее энергией.
Источник www.technologyreview.com/