Следующим источником питания вашего гаджета может быть ваше тело.

Фото: University at Buffalo

Электроника
Шрифты

Поиск источника питания вскоре может уйти в прошлое. Вместо этого устройства будут получать электричество от небольшой металлической накладки, которая при прикреплении к телу способна генерировать электричество от изгиба пальца и других простых движений.

Это идея совместного исследовательского проекта под руководством Университета в Буффало и Института полупроводников при Академии наук Китая. Накладка, трибоэлектрический наногенератор, описан в исследовании, опубликованном в журнале Nano Energy.

«Никто не любит привязываться к розетке электропитания или таскать с собой портативное зарядное устройство. Человеческое тело - это источник энергии. Мы подумали: «Почему бы не использовать его для производства собственной энергии?», - говорит ведущий автор Qiaoqiang Gan, доктор философии, доцент электротехники в Школе инженеров и прикладных наук в Университете в Буффало.

Трибоэлектрическая зарядка возникает, когда некоторые материалы становятся электрически заряженными после контакта с другим материалом. К примеру, обычное статическое электричество является трибоэлектрическим.

Исследователи предложили множество наногенераторов, которые используют трибоэлектрический эффект; однако большинство из них трудно изготовить (требуется сложная литография) или не являются экономически эффективными. Накладка, которую разрабатывает команда Университета в Буффало и Институт полупроводников при Академии наук Китая, затрагивает обе эти проблемы.

Она как сэндвич, состоит из двух тонких слоев золота, и материала полидиметилсилоксана (также называемого PDMS, полимера на основе кремния, используемого в контактных линзах, игрушке Silly Putty и других продуктах), зажатого между ними.

Жвачка для рук (англ. Handgum) — пластичная игрушка на основе кремнийорганического полимера, созданная в 1943 году шотландским учёным Джеймсом Райтом. Полимер со своеобразными свойствами был получен им как побочный результат при экспериментах, проводимых для получения синтетических заменителей натурального каучука. В США эта игрушка известна как «глупая замазка» (англ. Silly Putty). Жвачка для рук внешне похожа на пластилин или жевательную резинку большого размера. Вещество нетоксично, не имеет ни запаха, ни вкуса, не прилипает к рукам и не пачкается. В длительном интервале времени жвачка для рук проявляет себя как жидкость: если слепить из неё предмет некоторой формы и оставить на ровной поверхности, через некоторое время вещество растечётся. Вещество медленно протекает через отверстия большими каплями. В короткие промежутки времени вещество ведёт себя как твёрдое тело, например, если из него сделать мячик и ударить о пол, такой мячик подпрыгнет, а если ударить по нему молотком — разобьётся на осколки. Вещества, проявляющие такие свойства, называют неньютоновскими жидкостями. В зависимости от различных добавок, могут быть получены игрушки разных цветов, в том числе светящиеся в темноте, меняющие цвет, а также обладающие магнитными свойствами. Оригинальная жвачка для рук имеет коралловый цвет и состоит из 65 % диметилсилоксана, 17 % кремнезема (кристаллического кварца), 9 % Thixatrol ST (производные касторового масла), 4 % полидиметилсилоксана, 1 % декаметилциклопентасилоксана, 1 % глицерина и 1 % диоксида титана. Фото: University of the Fraser Valley / Flickr CC BY 2.0

Ключевым моментом в устройстве является то, что один слой золота растягивается, заставляя его смяться при освобождении и создать то, что выглядит как миниатюрный горный хребет. Когда эта сила повторно применяется, например, при изгибе пальца, движение приводит к трению между слоями золота и PDMS.

«Это заставляет электроны течь туда и обратно между слоями золота. Чем больше трений, тем больше количество энергии получается», - говорит другой ведущий автор, Юнь Сюй (Yun Xu), доктор философии, профессор Института полупроводников при Академии наук Китая.

В исследовании описывается небольшая накладка (1,5 см в длину, шириной 1 см). Она обеспечивала максимальное напряжение 124 вольт, максимальный ток 10 микроампер и максимальную плотность мощности 0,22 милливатт на квадратный сантиметр. Этого недостаточно, чтобы быстро зарядить смартфон; однако она зажигает 48 красных светодиодов одновременно.

Соавторами исследования были Хуамин Чен (Huamin Chen) из IoP и CAS; и Нан Чжан (Nan Zhang), доктор философии. студент Университета в Буффало.

Поскольку накладка легка в сборке, Чжан возглавляет команду студентов Университета в Буффало, которой поручено улучшить её производительность. Команда планирует использовать более крупные куски золота, которые, когда растягиваются и складываются вместе, как ожидается, будут поставлять еще больше электроэнергии.

Исследователи также работают над разработкой переносной батареи для хранения энергии, создаваемой накладкой. Они предусматривают, что система может служить источником питания для различных носимых и автономных электронных устройств.

Источник: techxplore.com