Группа учёных из Стивенсовского технологического института и Принстонского университета (оба — США) сконструировала пьезоэлектрический генератор на основе нановолокон.

При создании устройства были использованы нановолокна длиной около 500 мкм и диаметром 60 нм, выполненные из цирконата-титаната свинца (PZT). PZT имеет большие пьезоэлектрическую постоянную и диэлектрическую проницаемость, что выгодно отличает его от многих других материалов (к примеру, от поливинилиденфторида, о генераторе на базе которого «КЛ» уже рассказывала), применяемых для преобразования механической энергии в электрическую. Кроме того, нановолокна PZT, полученные методом электропрядения, сохраняют высокую гибкость и прочность.

Выходное напряжение вырастает до 1,63 В при надавливании на слой PDMS. (Иллюстрация авторов работы.)

В конструкции генератора нановолокна располагаются на предварительно созданных массивах платиновых электродов, размещаемых, в свою очередь, на кремниевой подложке. Сверху PZT защищён полимерным слоем полидиметилсилоксана (PDMS).

При механической деформации устройства на его выходе появляется напряжение; исследователи указывают значение 1,63 В, а отдаваемая мощность составляет 0,03 мкВт. Эти величины заметно превосходят показатели генераторов сравнимого объёма, созданных с использованием полупроводниковых нанопроводов.

Подобные генераторы могут играть роль источников питания биологических и беспроводных датчиков, а также разнообразной носимой электроники.

«Одной из основных проблем современных вживляемых биомедицинских устройств считается их зависимость от батарей, которые необходимо периодически менять или перезаряжать, — замечает коллега авторов Артур Риттер (Arthur Ritter). — Теперь у нас появляется возможность восполнять запасы энергии естественным путём». Генераторы также могли бы обслуживать микроскопических роботов, которые будут действовать в организме человека.

Схема генератора (иллюстрация авторов работы).

Полная версия отчёта опубликована в журнале Nano Letters.

Подготовлено по материалам Physicsworld.Com.

Текст: Дмитрий Сафин