Исследователи из Технологического института штата Джорджия
(США) создали на основе нановолокон с пьезоэлектрическими свойствами
устройство, которое позволяет вырабатывать энергию силой мышц. В экспериментах
использовался одиночный наногенератор для указательного пальца человеческой
руки и специальный жилет для хомяка, содержащий сразу 4 наногенератора. Хомяк,
как активное животное, показал самые лучшие результаты - исследователи смогли
получить ток величиной до 0,5 наноампер.
Каждый день мы по многу раз нажимаем на клавиши своих
телефонов, прикладывая довольно значительные усилия. Вполне очевидно возникает
мысль – почему бы не использовать эту энергию для питания самого мобильного
телефона? Группа ученых под руководством Чжун Линь Вана (Zhong Lin Wang) решила
проверить эту идею на практике. Для преобразования нерегулярных движений в
электричество решено было использовать наногенераторы, основанные на
пьезоэлектрическом эффекте.
Основой наногенератора стали волокна из оксида цинка от 100
до 800 нанометров в диаметре и от 100 до 500 микрон длиной (толщина
человеческого волоса составляет в среднем 50 микрон). Каждое такое волокно было
заключено в гибкую полимерную оболочку и подключено к контактам электрической
сети. Для управления направлением тока один из контактов шунтирован с помощью
диода Шоттки, обеспечивающего малое прямое падение напряжения. Каждая такая
сборка стала одиночным наногенератором.
В ходе эксперимента исследователи столкнулись с серьезной
проблемой – при попытке соединить 4 генератора, закрепленныe в специальном
жилете на теле хомяка, их импульсы оказались совершенно несогласованными. Для
синхронизации ученые использовали специальный материал, который заставил все 4
генераторa изгибаться одновременно.
Нынешние технические показатели наногенераторов, по оценкам
авторов, требуют использования, по крайней мере, нескольких тысяч одиночных
нановолокон для питания хотя бы одной Bluetooth-гарнитуры. Тем не менее, уже
сейчас можно предположить, что подобные генераторы можно имплантировать в
организм человека, чтобы обеспечить независимое питание датчиков, собирающих
данные о ключевых показателях жизнедеятельности.
Интересно, что ученые решили опробовать альтернативный
источник механической энергии – кроме человеческого пальца и хомяка к
эксперименту привлекли лабораторную крысу. Оказалось, что крысу мало интересуют
регулярные физические нагрузки, так что хомяк оказался рекордсменом.
Статья о наногенераторах профессора Вана опубликована в
электронной версии журнала Nano Letters, который издает Американское химическое
общество, в выпуске за 11 февраля 2009 г. Сообщается, что эти исследования уже поддержало агентство по передовым оборонным разработкам DARPA (Defense Advanced
Research Projects Agency), министерство энергетики США, ВВС США, а также центр
противораковых нанотехнологий Emory-Georgia Tech Center for Cancer Nanotechnology
Excellence, пишет cellular-news.com.
Оригинальная статья Чжун Линь Вана с соавторами о
биомеханических наногенераторах на основе пьезоэффекта доступна по адресу http://pubs.acs.org/doi/pdfplus/10.1021/nl803904b
(полный текст открывается за дополнительную плату или по индивидуальной
подписке).
|
