Дослідники Технологічного інституту Джорджії (США) запропонували ще один спосіб отримання невеликої електроенергії від руху в навколишньому світі. Вчені створили трибоелектричних наногенератор, що перетворює в електрику силу тертя. Як зазначив керівник проекту професор Чжун Лінь Ван, новинка може працювати в парі з п'єзоелектричним генератором, в якому енергія виходить від згинання нанопроволоки з оксиду цинку. Те, що тертя може стимулювати виробництво електричного заряду, відомо давно. Вчені розробили систему, яка дозволяє створювати різницю потенціалів між поверхнями. Після періоду тертя контактують площині повинні бути відокремлені один від одного на невелику відстань.
У цьому випадку на одній поверхні формується надлишок електронів, а на іншій - недолік. Потім різниця потенціалів компенсується за рахунок зовнішньої ланцюга, і поверхні знову стикаються один з одним - починається новий період тертя. Ще одна умова роботи системи - контактні поверхні повинні бути виготовлені з різних матеріалів. В даному проекті застосовувалися тонкі пластини поліетилентерефталату (PET, прагне віддавати електрони), і полидиметилсилоксана (PDMS, приймає електрони). На початку дослідники використовували гладкі листи полімерів, а потім вирішили випробувати листи PDMS з трьома різними мікроузорамі: виступаючими лініями, кубиками і пірамідами. Випробування показали, що найбільшу напругу забезпечує візерунок з пірамід - приблизно 18 вольт (при силі струму близько 0,13 мкА на квадратний сантиметр).
Структурування підвищує вихідну потужність за рахунок збільшення кількості формуються зарядів. Крім того, повітряні порожнечі між виступами полегшують поділ зарядів і підвищують ємнісні показники системи. Процес виготовлення генератора починається зі створення кремнієвої пластини - форми для відливання полімерних листів. Поглиблення можуть бути отримані за допомогою традиційної фотолітографії і травлення (сухого або вологого). Готова форма потім обробляється хімічним реагентом, щоб запобігти прилипання PDMS. Рідкий еластомер PDMS наноситься на форму, піддається термічній отверждению і знімається в вигляді тонкої плівки. Плівка з візерунками фіксується на поверхні електрода з оксиду індію та олова (ITO), покритого шаром PET. Ця структура накривається іншим ITO електродом, також покритим PET, виходить своєрідний «сендвіч».
Процес виготовлення відрізняється простотою і низькою вартістю, і легко масштабується для промислового виробництва. Надійність таких генераторів досить висока - в ході експериментів було проведено більш ніж 100 000 циклів спрацьовування протягом декількох днів. І після цього пристрою продовжували справно виробляти електрику. Наступний етап роботи, який планують вчені - створення системи зберігання одержуваної енергії. Трибоелектричних наногенератор можуть знайти застосування в оптико-електронних системах для створення високочутливих активних датчиків тиску. Такі датчики НЕ будуть споживати енергію від акумулятора пристрою і зможуть фіксувати мінімальний тиск - близько 13 мПа (тиск краплі води). А так як входять до складу генератора полімери мають високу прозорість (приблизно 75%), вони потенційно можуть бути використані в сенсорних екранах.
Підготовлено за матеріалами (джерело): phys.org