|
В последнее время возможность работы небольших устройств на энергии, которая ранее не использовалась, все больше и больше привлекает исследователей по всему миру. С уменьшением размеров устройств до микро- и даже нано- уровня, потребляемая ими мощность соответственно уменьшается до диапазонов мили и микроватт. И как показывают исследования за последние пять лет, абсолютно возможным стало управление такими крохотными устройствами с помощью прямого сбора энергии их рабочей среды.
Данная энергоавтономная технология питания почти исключает периодическую подзарядку и замену батарей; именно этот момент делает ее (технологию) такой интересной для сферы портативных или «недоступных» устройств (например, имплантаты-кардиостимуляторы).
«Механическая энергия является традиционным источником энергии в окружающей среде: вибрация моста, трение в механической коробке передачи, деформации в шинах движущихся автомобилей или велосипедов, даже сердцебиение и дыхание». Шон Лин Ванг, заслуженный профессор и директор Центра Наноструктурных Характеристик рассказывает, что эта форма энергии, как правило, расходуется впустую. Но все более необходимой она становится тогда, когда другие источники энергии такие, как солнечный свет или тепловой градиент, являются недоступными. Наногенераторы разрабатываются для того, чтобы преобразовывать механическую энергию в электрическую с помощью пьезоэлектрического эффекта».
В своей последней работе, группа Ванга установили наногенератор на внутренней поверхности шины, демонстрируя возможность сбора энергии от движения автомобиля.
a) Изменение формы шины во время движения автомобиля.
b) Постановка эксперимента. Шина зажата между двумя поверхностями для имитации эффекта деформации при соприкосновении с поверхностью дороги.
c) Схема строения наногенератора, который является консольной структурой из пяти слоев.
d) На фото показано, что наногенератор был закреплен на внутренней поверхности шины с помощью клейкой ленты.
Для своих экспериментов команда смонтировала велосипедные шины в установку таким образом, чтобы они могли периодически сжиматься или бить свободными, имитируя таким образом, состояние, возникающие в положении, когда шина соприкасается или не имеет контакта с дорожным покрытием. Наногенератор, который они прикрепили с помощью клейкой ленты к внутренней поверхности шины был сконструирован со свободной консольной структурой пучка. Он состоял из пяти слоев: эластичной подложки из полиэстера, нанопроводов оксида цинка с текстурированными пленками на их верхней и нижней поверхностях и электродов на поверхностях наногенератора.
При каждом сдавливании шины, наногенератор вырабатывал электрический импульс. В условиях своего эксперимента, исследователи измерили выходное напряжение а также ток в генераторе: 1,5 В и 25 нА, соответственно.
По мнению профессора Ванга, эффективная рабочая зона наногенератора около 1,5 см х 0,5 см и при это максимальная выходная мощность достигает 70 µW/см3.
По сравнению с достигнутыми ранее результатами производительность в данных условиях несколько упала. Как объясняет ученый, это потому, что резина пластический материал, который поглощает часть механической энергии и уровень деформации в этом материале меньше, по сравнению с жестким материалом, при тех же условиях. Несмотря на это, производительность энергии осталась достаточно хорошей.
«Хотя мы демонстрировали потенциал работы наногенератора как энергоавтономного сенсора давления шины и индикатора скорости, мы также показали возможность дальнейшего интегрирования двух генераторов, соединённых параллельно», - заключил профессор Ванг.
Нанопокрытие фирмы PRO TEC
|
