Футболкогенератор: Снова нано
Механизм пьезоэлектрического эффекта, вырабатывания электричества при деформации соответствующих материалов, известен давно и довольно широко используется. Однако нанотехнологии позволяют говорить о том, что в будущем эти решения будут выведены на совершенно иной уровень. «Однажды появится "умная" одежда, — поясняет глава группы разработчиков, профессор Ливей Линь (Liwei Lin), — которая будет питать карманную электронику за счет обычных движений тела человека, который ее носит. Особенно эффективно в смысле выработки энергии, по его словам, будет посещение дискотек и танцевальных клубов.
Нити, полученные группой Линя, сделаны из органического материала, поливинилиденфлорида (ПВДХ), универсального пластика, инертного и гибкого, дешевого и простого в производстве. Уже сегодня ПВДХ используется повсеместно, от атомной промышленности до рыболовных лесок, а новое решение сулит ему еще большие перспективы. «Поскольку нанонити очень малы, — добавляет профессор, — носитель не будет испытывать никаких необычных ощущений от такой одежды».
Сама по себе идея не нова, о подобном проекте мы писали в заметке «Энергетическая одежда». Однако до сих пор ученые работали с нанонитями из неорганических материалов, оксида цинка или титаната бария. В отличие от ПВДХ, они гораздо дороже в производстве, и к тому же куда более жестки и хрупки в использовании.
Полученные группой Линя наногенераторы имеют в диаметре 500 нм, то есть в сотню раз тоньше человеческого волоса и вдесятеро тоньше тончайшего текстильного волокна. А при сгибании и разгибании выдают 5−30 мВ (0,5−3 нА), не теряя своих свойств после множества циклов (ученые продолжали эксперимент 100 минут с частотой 0,5 Гц — то есть, 1 сгибание-разгибание в 2 секунды).
Ученые пошли и дальше, собрав массив из таких нитей-генераторов, расположенных регулярным образом на расстоянии 50 мкм одна от другой на пластиковой подложке. Положительные концы всех нитей ориентированы по одну ее сторону, отрицательные — по другую, как у обычной батарейки. По данным исследователей, такой мини-генератор трансформирует механическую энергию в электричество с эффективностью до 21,8% (в среднем 12,5%). Эта цифра, к их удивлению, оказалась выше, чем у генератора, собранного из чистой пьезоэлектрической пленки ПВДХ (0,5−4%), и выше, чем у конкурирующих неорганических наногенераторов на основе оксида цинка (6,8%).
О другой многообещающей области применения пьезоэлектрического эффекта читайте в заметке «Дыхание дает энергию».
По пресс-релизу UC Berkeley
