Китайские ученые разработали прозрачный и крайне эластичный трибоэлектрический генератор, вырабатывающий электроэнергию от нажатий на него. Такой материал может использоваться для питания энергоэффективных носимых устройств. Работа опубликована в журнале Science Advances.

Трибоэлектрические генераторы преобразуют энергию трения в электрическую энергию. Многие ученые и инженеры пытаются использовать их для извлечения энергии из человеческих движений. Однако все предыдущие разработки имели существенное ограничение из-за своей неэластичности.

Новая работа ученых основывалась на предыдущей, в которой они разработали похожий трибоэлектрический генератор. Он состоял из эластичных капсул, в которых находился проводящий раствор поваренной соли. В новой работе исследователи использовали аналогичную конструкцию. Проводящий раствор хлорида лития вместе с полиакриламидом образовывал ионный гидрогель и выступал в качестве электрода, который был присоединен к электрической цепи с помощью металлического провода. Гидрогель был заключен между двумя слоями прозрачного и проводящего эластомера.

Прозрачный трибоэлектрический генератор. Xiong Pu et al. / Science Advances, 2017

Поскольку в гидрогеле находились свободно перемещающиеся ионы, то при поднесении к эластомеру какого-либо объекта с различной наэлектризованностью ионы гидрогеля перемещались к границе с эластомером, стремясь компенсировать разницу зарядов. Это вызывало движение электронов в металлическом проводе в ту или иную сторону, то есть электрический ток. С помощью специальной диодной схемы исследователи смогли создавать ток для питания различных устройств с помощью одного, а не двух электродов.

A: материал состоит из ионного гидрогеля, заключенного между слоями эластомера. B: материал пропускает до 96 процентов света во всем видимом диапазоне. C: материал может растягиваться более чем в десять раз. Xiong Pu et al. / Science Advances, 2017

Новый генератор отличается от многих других своей чрезвычайной пластичностью и прозрачностью. Исследователи показали, что их материал может растягиваться более чем в десять раз, а также имеет прозрачность свыше 96 процентов.

Исследователи продемонстрировали работу нескольких устройств, питаемых с помощью нового генератора. К примеру, они присоединили его к небольшому жидкокристаллическому дисплею, который работает при прикосновении к нему пальцем. Пока такой генератор имеет невысокую плотность мощности — около 35 милливатт на квадратный метр. Исследователи считают, что после доработки и повышении мощности такой генератор можно будет использовать в качестве элементов носимых устройств или одежды.

Жидкокристаллический дисплей, работающий на энергии прикосновений. Xiong Pu et al. / Science Advances, 2017

В 2015 году был представлен небольшой трибоэлектрический генератор, способный трансформировать энергию движений запястья в электроэнергию, достаточную для работы часов. В конце прошлого года американские ученые с помощью ферроэллектрического генератора создали клавиатуру и дисплей, заряжающиеся от прикосновений к ним, а недавно у того же материала нашли способность действовать противоположным образом: превращать электрическую энергию в механическую.

Автор: Григорий Копиев