Разработана технология для сбора и преобразования механической энергии посредством нанотрубок
Растущий спрос на устройства носимой электроники и ограниченность природных источников энергии стали толчком к разработке в Южном федеральном университете новых технологий, которые были реализованы в виде пьезоэлектрических наногенераторов (ПЭНГ). Одним из перспективных материалов для разработки ПЭНГ являются легированные азотом углеродные нанотрубки (N-УНТ), проявляющие аномальные пьезоэлектрические свойства в результате формирования бамбукообразных перемычек в полости нанотрубки. Учёным ЮФУ удалось изготовить макет ПЭНГ и продемонстрировать возможность преобразования внешних вибраций в электрическую энергию.
«Пьезоэлектрические свойства нанотрубок были открыты случайно. При исследовании электрических параметров отдельных углеродных нанотрубок было выявлено наличие гистерезиса вольтамперной характеристики, которое было связано с формированием внутреннего электрического поля в процессе измерения. Нам часто говорили, что этого не может быть, но реальность показала обратное. Первые исследования провели в 2011 году, первая статья по гистерезису и аномальному поведению электрических параметров у нас вышла в 2012 году, и лишь спустя шесть лет мы доказали наши предположения научному сообществу», – отметила д.ф.-м.н., профессор дивизиона «Электроника» Передовой инженерной школы ЮФУ Марина Ильина.
В настоящий момент работы в области создания пьезоэлектрических наногенераторов продемонстрировали возможности преобразования энергии движения человека (в результате моргания и сокращения мышц) в энергию для питания носимой электроники и устройств отслеживания состояния человека в медицинских целях. В ЮФУ же создают макеты на твёрдых кремниевых подложках, ученые ориентированы на преобразование энергии окружающей среды (городского шума, вибраций и движений тела человека).
Так как углеродные нанотрубки растут перпендикулярно подложке и представляют собой лес, их вершины не закреплены. Основная задача – создать эффективный верхний электрод, который будет контактировать с этими вершинами нанотрубок и при этом сохранит их подвижность, чтобы не потерять чувствительность к внешним вибрациям и деформациям.
«Перспективы разработки очень широкие: от биомедицинских применений до автономных систем, в частности, питания нейроморфных плат. Наша технология позволяет повысить энергоэффективность и значительно уменьшить габариты и вес источников питания. Те мощности, которые будут потреблять платы нейроморфной электроники, сопоставимы с теми мощностями наногенераторов, которые сейчас наблюдаются. В перспективе возможно создание такой системы, которая будет автономно питаться без дополнительного источника питания в виде литий-ионной батареи или каких-то конденсаторов, загрязняющих окружающую среду», – заключила Марина Ильина.
Источник: Пресс-служба ЮФУ