Ученые из Калифорнийского университета в Беркли (США), Мюнхенского технического университета (Германия) и Института электроники Академии наук Китая сконструировали генератор на базе органических нановолокон.

Наногенератор на пластиковой подложке

В основе работы генератора лежит прямой пьезоэффект — возникновение электрической поляризации под действием механических напряжений и деформаций (растяжения, скручивания).

Развитие этой технологии должно привести к созданию материалов с вплетенными в них нановолокнами, из которых можно будет сшить одежду, обеспечивающую питание носимых электронных устройств», — говорит участник исследования Ливэй Линь (Liwei Lin).

Для получения нановолокон органического полимера поливинилиденфторида использовалась технология так называемого электропрядения, которая позволяет с высокой точностью контролировать расположение волокон на подложке. Ранее при создании аналогичных генераторов применялись неорганические полупроводящие материалы — к примеру, оксид цинка или титанат бария.

Неорганические наноструктуры хрупки, а выращивать их в больших объемах значительно тяжелее», — комментирует г-н Линь.

Минимальный диаметр созданных наногенераторов составил 500 нм. При механическом воздействии они демонстрировали выходное напряжение в диапазоне 5–30 мВ и выходной ток от 0,5 до 3,0 нА; по данным исследователей, периодическое (с частотой в 0,5 Гц) растяжение волокон в течение 100 минут никак не сказалось на их свойствах.

Зарегистрированная в эксперименте эффективность преобразования энергии доходила до 21,8% при среднем значении в 12,5%.

Удивительно, но наше устройство опередило экспериментальные генераторы на тонких пленках поливинилиденфторида, эффективность которых составляет (0,5–4)%, и устройства на базе нанопроводов из оксида цинка с их эффективностью в 6,8%», — замечает другой автор работы Цзе Чан (Chieh Chang).

Скорее всего, эффективность будет увеличена, — предполагает Ливэй Линь. — Предварительные результаты говорят о том, что характеристики нановолокон улучшаются с уменьшением размеров, и мы пока не можем сказать, где находится предел роста».

Работа двух наногенераторов при их периодическом растяжении. В правом столбце показаны результаты их последовательного и параллельного включения

Полная версия отчета опубликована в журнале Nano Letters.