Наногенератор на пластиковой подложке (иллюстрация Цзе Чана).
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. (Иллюстрация авторов работы.)
http://science.compulenta.ru/505939/
Полная версия отчета опубликована в журнале Nano Letters.