Хотя мы много слышали о носимых пьезоэлектрических устройствах, которые вырабатывают электричество в результате движений людей, такие устройства не работают в определенных условиях. Однако новые биоэлектрические носимые устройства могут отличиться там, где они не работают.
В то время как пьезоэлектрические устройства генерируют электрический ток при сжатии или нажатии, новый инструмент немного отличается. Он использует так называемый магнитоупругий эффект, который включает в себя использование механического давления, чтобы сдвигать и раздвигать магниты внутри материала, таким образом генерируя электрический ток по мере изменения силы магнитного поля этого материала.
Раньше магнитоупругие генераторы конструировались из твердых негнущихся металлических сплавов, которые были слишком жесткими, чтобы их можно было удобно носить на теле. Под руководством доцента Джуна Чена (Jun Chen), однако, команда из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе создала такой мягкий и достаточно гибкий, чтобы его можно было носить на часто движущихся частях тела. Он состоит из катализируемой платиной силиконовой полимерной матрицы, внутри которой подвешены наноразмерные мощные неодимовые магниты, состоящие из сплава редкоземельного элемента неодима, бора и железа.
Прикрепленное к локтю добровольца силиконовой лентой, устройство генерировало электрические токи 4,27 миллиампер на квадратный сантиметр. Это происходило, когда локоть человека двигался, в результате чего крошечные магниты неоднократно раздвигались и сдвигались вместе. Более того, эксперименты показали, что устройство было достаточно чувствительным, чтобы даже преобразовывать волны человеческого пульса в электрические сигналы - это означает, что оно может быть интегрировано в монитор сердечного ритма с автономным питанием.
И, по словам Чена, генератор действительно имеет некоторые ключевые преимущества перед существующими альтернативами.
«Современные технологии преобразования биомеханической энергии в электрическую, включая трибоэлектрические и пьезоэлектрические наногенераторы, сталкиваются с неизбежными проблемами, такими как очень низкая плотность тока и высокое внутреннее сопротивление», - говорит он. «Что еще более важно, их электрические выходные характеристики уязвимы к влажности окружающей среды, вызванной потоотделением и жидкой средой человеческого тела, что серьезно ограничивает их практическое применение на теле».
Напротив, мягкий магнитоупругий генератор имеет более высокую мощность и не подвержен влиянию влаги. Чен добавляет, что, хотя другие типы генераторов могут быть защищены от влаги с помощью водонепроницаемого покрытия, добавление такого покрытия обычно снижает их эффективность преобразования биомеханической энергии в электрическую.
Исследование описано в статье, недавно опубликованной в журнале Nature Materials.
Источник: UCLA via EurekAlert
