Исследователи разработали относительно мощный трибоэлектрический генератор на основе двух золотых пленок — гладкой и мятой. В результате они получили генератор с площадью 1,5 квадратных сантиметра, способный питать от растяжения и других движений 48 светодиодов, сообщается в работе, опубликованной в журнале Nano Energy.

Все больше людей носят с собой множество повседневных устройств, которые нужно регулярно заряжать, например, смартфон и умные часы. Поскольку часто заряжать гаджеты неудобно, инженеры разрабатывают устройства, почти постоянно вырабатывающие энергию. К примеру, для этого предлагают растягиваемые солнечные панели, которые можно будет встраивать в «умную одежду», а также трибоэлектрические генераторы. Они преобразуют механическую энергию трения в электрический ток за счет трибоэлектрического эффекта. Несмотря на то, что такие разработки создаются многие годы, пока их мощности недостаточно для питания повседневной электроники, к тому же многие трибогенераторы сложны и дороги в производстве.

Исследователи под руководством Юнь Сюй (Yun Xu) из Института полупроводников Китайской академии наук разработали относительно простой и мощный трибоэлектрический генератор. Для начала берется тонкая золотая пленка, на которую наносится слой полидиметилсилоксана (ПДМС). Затем эта двухслойная пленка наносится на предварительно растянутый в разные стороны акриловый полимер. После этого слой ПДМС удаляется, а растянутый полимер с золотым слоем расслабляется. Из-за этого золото становится скомканным и получается большая площадь поверхности.

Схема создания генератора. Huamin Chen et al. / Nano Energy, 2018

Для того, чтобы создать полноценный генератор, к этому слою скомканного золота добавляется еще одна золотая пленка с ПДМС-покрытием, которая служит разделителем двух металлических фольг и накопителем заряда.

Принцип действия генератора. Huamin Chen et al. / Nano Energy, 2018

Исследователи протестировали характеристики генератора и выяснили, что он имеет плотность мощности 0,22 милливатта на квадратный сантиметр, максимальный ток 10 микроампер и максимальное напряжение 124,6 вольт. Для тестирования они создали генератор размером один на полтора сантиметра. Разработчики показали, что такого генератора достаточно для кратковременного питания 48 светодиодов во время сгибаний генератора. Стоит отметить, что помимо мощности генератор получился относительно недорогим. Несмотря на то, что в нем используется золото, толщина золотой фольги составляет всего 30 нанометров.

Другая группа китайских ученых также работает над созданием трибоэлектрических генераторов. В 2016 году они разработали генератор на основе проводящей жидкости, правда, он имел на порядок меньшую плотность мощности. А в 2017 году они показали еще менее мощный генератор, но он имел необычную особенность — генератор получился полностью прозрачным.

Автор: Григорий Копиев