Китайские ученые разрабатывают прототип слухового аппарата, которому не нужна батарея. Результаты исследования публикует ACS Nano. Хотя слуховой аппарат облегчает жизнь людей, у него есть свои ограничения — а именно запас батареи. Чтобы решить проблему, ученые создают прототип устройства, которое заряжается самостоятельно.

Ученые из Университета науки и технологий Хуачжун в Китае разрабатывают слуховой аппарат нового типа. Для создания прототипа исследователи использовали губчатый материал, который обладает как пьезоэлектрическими, так и трибоэлектрическими свойствами.

Пьезоэлектрические материалы производят электрический ток, когда подвергаются механическому воздействию. При этом, в трибоэлектрических устройствах электрические заряды появляются в материале из-за трения. Сам трибоэлектрический эффект является типом контактной электризации, в которой некоторые материалы становятся электрически заряженными после того, как они входят в фрикционный контакт с другим материалом.

Китайские ученые создали пьезо-трибоэлектрический материал для слухового аппарата, покрывая наночастицы титаната бария диоксидом кремния. После они смешали их с жидким проводящим полимером, а затем высушили смесь в форме тонкой и гибкой мембраны. Затем ученые использовали щелочной раствор, чтобы растворить оболочки наночастиц из диоксида кремния, оставляя сами частицы в свободном состоянии внутри отверстий в полимерной матрице.

Адаптировано из ACS Nano 2021; DOI: 10.1021 / acsnano.1c04242

После того, как мембрана была зажата между двумя тонкими металлическими решетками, на нее воздействовали звуковые волны. Они и заставляли всю мембрану колебаться вперед и назад, создавая электрический ток за счет пьезоэлектрического эффекта. Кроме того, когда наночастицы отскакивали от стенок полых полимерных камер, генерировался трибоэлектрический заряд. Он увеличивал общую электрическую мощность мембраны.

Команда протестировала устройство, установив его в масштабную модель человеческого уха и включив музыку. Когда электрические сигналы, создаваемые прототипом, преобразовались в цифровой аудиофайл, результат оказался очень похожим на оригинальную музыку. Дальнейшие испытания показали, что устройство чувствительно к широкому акустическому диапазону.