Сонце, хвилі, припливи і відливи, вітер - ось далеко не повний список відновлюваних джерел енергії. Хоча сонячні батареї, вітрогенератори і гідроелектростанції вже широко використовуються, та й активні розробки в цих областях тривають, не зупиняється і пошук інших, менш очевидних джерел. Так, наприклад, інженери активно застосовують в якості джерела струму різного роду механічні рухи. Причому інтерес викликають як макрооб'єкти, так і зовсім крихітні джерела енергії.
Наномеханіка Жон Лінь Вана
Група нанодосліджень професора Жон Лінь Вана зі Школи матеріалознавства та інженерії Інституту технологій Джорджії (School of Materials Science Engineering Georgia Institute of Technology) вже не перший рік працює над мікро-і наногенератор для перетворення механічної енергії в електричну. І команда ця, мабуть, найдалі просунулася в цій області.
Так, наприклад, кілька місяців тому їм, нарешті, вдалося створити генератор струму на основі п'єзоелектричного оксиду цинку. Принцип його роботи базувався на п'єзоелектричного ефекту - виникненні електричного струму в діелектрику при його механічної деформації.
Однак тоді електромеханічні випробування проводилися з використанням спеціально створеного маніпулятора, який з різною швидкістю деформував генератор. Інженерам вдалося отримати струм з напругою в 45 мВ на модельному монопроволочном генераторі. Тобто робочий пьезокрісталліческое волокно було тільки одне. Але вже тоді Жон Лінь Ван говорив, що в їх силах збільшити потужність генератора, якщо вони з'єднають пьезокрісталліческіе елементи в серію. А також про те, що генератор вже фактично готовий для використання на реальних об'єктах - рухомих або пульсуючих частинах живих організмів.
Їм вдалося з'єднати нано- та субмікроволокна оксиду цинку в серії по чотири штуки. Між собою та із зовнішнім електричним колом вони з'єднувалися за допомогою срібних контактів. Пристрій спрацював. Втім, особливих сумнівів ця схема і не викликала.
Але головне - вченим вдалося випробувати свій пристрій на живих об'єктах. Спочатку вони прикріпили платівку із закріпленим на її поверхні одиночним генератором поверх суглоба вказівного пальця людини. Барабанячи пальцем по столу, випробуваний виробляв перемінний струм. Правда, його максимальна напруга виявилося всього 20-25 мВ. Тобто менше, ніж при використанні механічного маніпулятора.
Ще цікавіше вони надійшли з «серійним» генератором з чотирьох п'єзоелектричних дротів. Вчені прикріпили його до крихітної курточці і наділи її на хом'яка. Бігаючи в колесі, гризун працював своїми крихітними м'язами. При їх скороченні гнучка платівка, закріплена на щільною курточці, деформувалася, викликаючи тим самим деформацію п'єзоелектричних волокон, а значить, і електричне напруження на їх кінцях.
Струм, що виробляється хом'яком, теж виявився невеликим - всього 100-150 мВ. Зате коли гризун просто чухати або чистився, ток також вироблявся, хоч і приблизно в десять разів менше.
Подібні модельні пристрої створювалися і в інших групах. Однак вони могли використовувати тільки регулярні руху, вироблені з певною частотою. Прилад від групи Вана таких обмежень не має. І в цьому його перевага, адже більшість рухів організму - будь то прогулянкова хода, розмахування руками, дихання і навіть серцебиття - не мають постійних амплітуди і періоду.
Це один з напрямків, в якому може піти розробка наногенератор. Є й інше. Професор Ван, наприклад, упевнений, що в найближчі п'ять-десять років вдасться сильно підвищити ККД таких пристроїв, а значить, і їх потужність. Так що п'єзоелектричні волокна вже на фабриках будуть вплітатися в тканини, з яких будуть шитися куртки. Тільки не для хом'яків, а для людини. Від таких курток їх власники зможуть заряджати свої портативні електронні пристрої.
Включення нановолокон в структуру тканини дозволить виробляти енергію з тертя, що виникає в одязі при ходьбі.
Сьогодні пошуки альтернативних джерел енергії - одне з найпопулярніших напрямків наукових досліджень. У справу йде практично все: сонячне світло і вітер, океанські течії і енергія вакууму ... Масу застосувань можуть знайти і пристрої, здатні самі добувати енергію з навколишнього середовища. Вони будуть корисні, перш за все, там, куди доставити енергію в принципі не так просто. Наприклад, дослідники в диких джунглях могли б не відчувати потреби в акумуляторах, а медичний наноробот, пробиратися по закутках людського тіла, впевнено виконував би свою задачу. В якості однієї з альтернатив для цього можна використовувати нанопроводи.
Механічні перетворювачі на основі нанодротів можуть отримувати енергію за рахунок вібрації, що виникає при ходьбі, серцебитті, протягом рідин або газів. Американські дослідники на чолі з Жон Лін Вангом (Zhong Lin Wang) запропонували простий і недорогий спосіб генерації електричного струму за допомогою п'єзоелектричних нанодротів з оксиду цинку, вирощених на текстильних волокнах. Одяг з такого матеріалу буде виробляти електрику за рахунок тертя, що виникає при її експлуатації.
На ілюстрації зліва видно, як виглядають такі «диво-волокна». Кевларовая серцевина покрита нанодротів оксиду цинку. Вийшло волокно дуже гнучко і міцно: при згортанні його в петлю діаметром 1 мм не було помічено ніяких пошкоджень. Для отримання електрики два волокна скручуються в спіраль, причому одне з них покривається шаром золота, яке виступає в ролі катода. При терті волокон між кінцями ланцюга виникала різниця потенціалів 1-3 мВ.
Читайте і про інших вражаючих генераторах, здатних добувати енергію буквально з чого завгодно: з дощових крапель ( «Електричний дощик»), з міських вібрацій ( «Сила струсу») і шуму ( «Гучна енергія»).
Поділитися цією сторінкою в: