`

СПЕЦИАЛЬНЫЕ
ПАРТНЕРЫ
ПРОЕКТА

Архив номеров

Как изменилось финансирование ИТ-направления в вашей организации?

Best CIO

Определение наиболее профессиональных ИТ-управленцев, лидеров и экспертов в своих отраслях

Человек года

Кто внес наибольший вклад в развитие украинского ИТ-рынка.

Продукт года

Награды «Продукт года» еженедельника «Компьютерное обозрение» за наиболее выдающиеся ИТ-товары

 

Наногенераторы на микроволокнах будут снабжать энергией электронные устройства

Статья опубликована в №7 (624) от 19 февраля

0 
 

В февральском выпуске Nature рассказывалось о паре текстильных волокон, покрытых нанопроволокой из оксида цинка, которая вырабатывает электрический ток за счет пьезоэлектрического эффекта. Из такого материала можно будет создавать ткань, способную генерировать энергию, достаточную для питания различных небольших устройств. Она может быть использована для изготовления не только одежды, вырабатывающей при движении человека электричество, но и, скажем, для тентов или палаток, которые преобразовывали бы в него силу ветра.

Наногенераторы на микроволокнах будут снабжать энергией электронные устройства
Джун Лин Ван демонстрирует прототип микроволоконного наногенератора

Микроволоконную нанопроволочную гибридную систему, построенную на нанопроволочном наногенераторе, группа ученых из Технологического института штата Джорджия анонсировала еще в апреле 2007 г. Эта система вырабатывала ток с помощью массивов вертикально расположенных нанопроволок из оксида цинка. Нанопроволочный наногенератор был создан с целью получения энергии от источников в окружающей среде, таких как ультразвуковые волны, механические колебания или биения пульса. Подобные устройства базируются на уникальном сочетании пьезоэлектрических и полупроводниковых свойств наноструктур из оксида цинка. После года разработок оригинальные наногенераторы размером 2×3 мм² могли давать ток силой 800 нА и напряжением 20 мВ.

Наногенераторы на микроволокнах будут снабжать энергией электронные устройства
Так выглядят волокна, являющиеся частью микроволоконного наногенератора. Верхний слой покрыт золотом

Микроволоконный генератор создан по тому же принципу, но изготовляется из мягкого материала и разработан для получения энергии от низкочастотных механических колебаний. Он состоит из кевларовых волокон, покрытых «щетиной» нанопроволок из оксида цинка толщиной 50 нм, чем-то напоминая щетку для отмывания бутылочек от детского питания. «Два волокна скребутся друг об друга, подобно щетинкам в щетках, и пьезоэлектрический полупроводниковый процесс преобразует механическое движение в электрическую энергию», – объясняет руководитель исследовательской группы профессор Джун Лин Ван (Zhong Lin Wang).

До настоящего времени от наногенераторов, которые включали два волокна по 1 см длиной каждое, исследователи получали токи силой около 4 нА и напряжения – 4 мВ. По мнению профессора Вана, при соответствующих доработках один квадратный метр материала, сделанного из специальных волокон, может генерировать до 80 мВт электроэнергии.

Наногенераторы на микроволокнах будут снабжать энергией электронные устройства
На схеме показаны пары волокон, с помощью которых генерируется электрический ток

Производство микроволоконного наногенератора начинается с покрытия кевлара 100-нанометровым зернистым слоем оксида цинка с помощью магнетронного распыления. Затем волокна погружаются в раствор реагента примерно на 12 ч, что при температуре 80 °С вызывает рост нанопроволок из зернистого слоя. В результате образуется однородное покрытие волокон длиной около 3,5 мкм, при этом расстояние между ними достигает нескольких сотен нанометров. Затем исследователи наносят 300-нанометровый слой золота на некоторые волокна, покрытые нанопроволоками. Наконец, образуют пары из двух различных волокон, переплетая их так, чтобы добиться контакта волокна, покрытого золотом, с волокном, покрытым только нанопроволоками из оксида цинка. Покрытые золотом волокна выполняют роль барьера Шотки с оксидом цинка.

В дальнейшем исследователи хотят соединить множество пар волокон, чтобы увеличить ток и напряжение. Планируется также улучшить их проводимость.

По мнению профессора Вана, основанные на волокнах наногенераторы могли бы стать простым и экономичным способом получения энергии от физического движения. Если образовать из многих таких волокон двойные или тройные слои в одежде, то можно создать гибкий складывающийся и пригодный для носки источник энергии, который, например, позволит людям генерировать электроэнергию во время ходьбы.

Однако для «электрогенерирующей одежды» возникает одна существенная проблема – стирка. Оксид цинка чувствителен к влаге, так что в рубашках и пиджаках нанопроволоки должны быть защищены от воздействия воды.

В заключение следует отметить, что хотя сама идея получения электричества подобным способом не нова, ученым удалось разработать сравнительно простой и недорогой процесс производства миллионов нанопроводов. Впрочем, профессор Ван говорит, что им пока удалось только продемонстрировать фундаментальный принцип действия данной разработки. По его словам, получаемой от «пьезоодежды» энергии хватит для зарядки мобильного телефона, портативного плеера или, скажем, встроенного биометрического сенсора, который может использоваться для отслеживания состояния пациентов или людей экстремальных профессий.

0 
 

Напечатать Отправить другу

Читайте также

 
 
IDC
Реклама

  •  Home  •  Рынок  •  ИТ-директор  •  CloudComputing  •  Hard  •  Soft  •  Сети  •  Безопасность  •  Наука  •  IoT