Инженерам удалось разработать уникальный генератор переменного тока из механической энергии. Он может выдавать электроэнергию даже от биения кровеносных сосудов.
Группа исследователей из Технологического университета Джорджии (Georgia Institute of Technology) под руководством профессора Чжон Линь Вана (Zhong Lin Wang) представила действующий генератор переменного тока на уникальной основе. Генератор базируется на пьезоэлектрическом эффекте -- возникновении электрического тока в диэлектрике при его механической деформации. Цикл механических напряжений и релаксаций создает переменный ток с максимальным напряжением 45 мВ.
Действующее вещество генератора -- оксид цинка (ZnO). Кристаллы оксида диаметром всего 3-5 микрон и длиной 200-300 микрон, приготовленные по специальной методике, под микроскопом снабдили серебряными контактами. Затем их поместили в полимерную пленку для предотвращения механических повреждений и разложения материала под воздействием влаги.
Электромеханические испытания проводились с использованием манипулятора, который с различной скоростью деформировал генератор. Как говорят авторы, чем выше оказывалась скорость воздействий, тем выше было напряжение и больше силы тока отдавалось во внешнюю электрическую цепь. А чтобы подтвердить, что наблюдаемые явления действительно относятся к стержням из ZnO, ученые провели холостые эксперименты с другими веществами.
Коэффициент полезного действия микрогенератора переменного тока составляет примерно 7%. То есть в электричество превращается только одна пятнадцатая часть затрачиваемой механической энергии.
Нынешняя модель представляет собой уже четвертое поколение подобных устройств, разработанных под руководством Чжон Линь Вана. До этого образцы были недолговечными и боялись влаги. В этот раз из практических соображений решили отказаться от прямого создания наносистем. Теперь действующую модель можно масштабировать в еще более маленькую. По словам разработчиков, еще одной особенностью разработанных систем является то, что их можно не использовать единично, а формировать из них массивы и размещать в одежде, флагах. Даже пульсация крови в сосудах может послужить источником механической энергии.
По словам Линь Вана, автономные наносистемы уже в скором времени станут отдельной отраслью промышленности. Они могут применяться для создания датчиков в медицинской и военной технике, которые будут способны собирать, сохранять и передавать данные.
Результаты работы опубликованы 9 ноября в журнале Nature Nanotechnology.
