Трибоэлектрический генератор получает электричество трением двух полимеров

Сотрудники Технологического института штата Джорджия в журнале Nano Letters рассказали о новом способе извлечения энергии из мельчайших движений, постоянно происходящих в окружающем мире. Созданный ими трибоэлектрический генератор эксплуатирует хорошо известную идею добывания электричества трением, но вместо шелка и эбонита в нем применяются две поверхности из разных полимеров.

При соприкосновении поверхностей полиэстера и полидиметилсилоксана (PDMS) первая отдает электроны, а вторая — принимает их. Если теперь поверхности разделить воздушным зазором, создается дипольный момент, а при их соединении проводником, через него будет течь ток для уравнивания потенциалов.

Постоянно сводя и разводя гибкие пластиковые поверхности, например, в результате внешней деформации при ходьбе, генератор создает небольшой переменный ток.

Помимо улавливания беспорядочной механической энергии эта технология может применяться для создания высокочувствительных активных датчиков давления, не требующих питания. Сенсоры способны регистрировать давление около 13 миллипаскалей, реагируя на падение пера или капли воды на их поверхность. Такие устройства можно сделать прозрачными примерно на 75% и использовать пракически на любой поверхности, в том числе в чувствительных к нажатию экранах вместо емкостных или резистивных датчиков.

Для увеличения выхода электричества на одну из соприкасающихся поверхностей наносили микротекстуру. Как выяснилось, наилучший эффект — до 18 В при 0,13 мкА на квадратный сантиметр — дают неровности в виде мельчайших пирамидок.

Экспериментальный трибоэлектрический генератор изготавливался при помощи штампа из кремниевой пластины, на которой методами традиционной фотолитографии с сухим или влажным травлением создавался горельеф усиливающей трение текстуры. Эта матрица затем подвергалась химической обработке для предотвращения прилипания к ней PDMS.

Жидкий эластометр PDMS вместе с отвердителем смешивались и наносились на кремниевую пластину. После термообработки, полученная пленка отслаивалась и укреплялась на поверхности электрода ITO (indium tin oxide), покрытой терефталатом полиэтилена (PET) с тонким связующим слоем PDMS. Вся структура затем покрывалась еще одной PET-пленкой с ITO, формируя «сэндвич».

Указанный технологический процесс, по заявлению ученых, весьма прост, имеет низкую себестоимость и подходит для налаживания широкомасштабного производства. Получаемые генераторы могут работать на протяжении многих дней, выдерживая свыше 100 тыс. повторяющихся движений. На следующем этапе проекта планируется создать механизм аккумуляции генерируемого устройством электричества.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365