Исследователи из Технологического Института Джорджии, работавшие под руководством Жонг Лин Вонга (Zhong Lin Wang), говорят, что им удалось понизить размеры пьезоэлектрических источников энергии, сделав их при этом достаточно энергоемкими.

В обозримом будущем мы сможем подзаряжать плеер, просто положив его в карман, и гуляя с ним, а наше сердцебиение сможет стать источником электрического тока для портативного датчика артериального давления.

Такие революционные перспективы вырисовываются благодаря созданию плоских небольших по размеру «наногенераторов», способных при сжатии, сгибании или тряске вырабатывать то же напряжение, что и обычная батарейка АА или ААА. Разработка таких устройств представляет собой первый шаг в создании микроэлектронных устройств с автономными источниками питания.

Ранее уже были разработаны источники питания электроники, преобразующие механическую энергию в электрическую. Так, в 2008 году был разработан «браслет» для ноги, который при ходьбе «носителя» мог вырабатывать достаточное количество энергии для подзарядки сотового телефона. Однако уменьшение размера генератора приводит к уменьшению объема энергии, которую он вырабатывает, что до сих пор не позволяло исследователям продемонстрировать наноразмерный генератор, способный вырабатывать энергию, достаточную для работы макро- или даже наноразмерного устройства.

Исследователи из Технологического Института Джорджии, работавшие под руководством Жонг Лин Вонга (Zhong Lin Wang), говорят, что им удалось понизить размеры пьезоэлектрических источников энергии, сделав их при этом достаточно энергоемкими.

В лаборатории Вонга разработано два типа наногенераторов, инкапсулированных в полимер. Каждый из прототипов генератора представляет собой тонкий пластичный листок, размеры которого соотносимы с размерами листа бумаги для записей. «Сердцем» нового генератора являются нанопровода из пьезоэлектрического оксида цинка, толщина нанопроводов лежит в пределах нескольких сотен нанометров.

В одном устройстве для увеличения его долговечности пространство между нанопроводами заполнено пластиком, полученная система вложена между двумя пластинами электропроводного материала. Небольшое сжатие наногенератора приводит к тому, что он генерирует напряжение около 0,24 В, такое напряжение вполне достаточно для питания двух разработанных в группе Вонга наносенсоров, предназначенных для измерения рН жидкости и для измерения интенсивности ультрафиолета.

Другой, более мощный генератор создан по похожему принципу и содержит большее количество нанопроводов. Такой генератор при механическом воздействии вырабатывает 1,26 В, что почти в 60 раз выше напряжения, создававшегося ранее созданными прототипами генераторов, вплотную приближаясь к 1,5 В – напряжению стандартной батарейки или аккумулятора, использующегося для питания бытовой техники. Такая энергетическая емкость пьезоэлектрического наноустройства вполне может привести к его использованию, Вонг полагает, что перспективна идея и сенсоров с автономным питанием.

Помимо высокого значения напряжения новые наногенераторы обладают рядом преимуществ перед существующими устройствами подобного типа. В них, в отличие от многих известных пьезоэлектрических материалов не применяются токсичные металлы, что позволяет инкорпорировать эти устройства непосредственно в организм человека; производство таких пьезогенераторов не требует значительных энергетических затрат.

Два новых типа наноразмерных генераторов электрического тока и использующиеся в них нанопровода

Вонг полагает, что новые производство новых пьезогенераторов может быть масштабировано и со временем они могут заменить традиционные источники питания, однако прежде он планирует уменьшить размер таких генераторов, увеличить их производительность и предусмотреть в их конструкции устройства для накопления заряда.

Год назад в планы Вонга уже входило создание подобных усторйств.

Реакция «наногенератора» в вертикальной компоновке на медленное сжатие и быстрое освобождение (вверху) и быстрое сжатие и медленное освобождение. Как можно заметить, напряжение сильно зависит от скорости деформации

Полная версия отчета будет опубликована в журнале Nature Nanotechnology.