Наногенераторы — универсальные генераторы энергии

Капля воды вырабатывает энергию для 100 светодиодных лампочек.

Новый тип электрогенератора обладает высоким КПД и удельной мощностью в тысячу раз большей, чем у существовавших до сих пор других подобных устройств, не оснащенных FET-подобной структурой.

Трибоэлектрические наногенераторы — это технология сбора энергии, которая основывается на эффектах связи контактной электрификации и электростатической индукции между двумя твердыми телами или жидкостью и твердым телом.

Дожди могут стать источником электрической энергии

Преобразование механической энергии в электроэнергию с использованием трибоэлектрических наногенераторов (ТЭНГ) является быстро расширяющейся областью исследований.

Хотя теоретическое происхождение ТЭНГов было доказано с использованием тока смещения Максвелла, значительное использование данной генерации ранее было недоступно.

Всесторонний анализ основных характеристик зарядки ТЭНГ и оценка уникальных характеристик зарядки каждого ТЭНГ имеют решающее значение для обеспечения их эффективного использования на практике.

Исследовательская группа во главе с учеными из Городского университета Гонконга (CityU) разработала электрогенератор на каплеобразной основе (DEG), который может стать новым источником возобновляемой и предельно дешевой энергии.

Наногенераторы - универсальные генераторы энергии

Капельный генератор обеспечивает свечение светодиодных ламп.

Высокая эффективность преобразования энергии капель в электрическую энергию

В гидроэнергетике нет ничего нового. Около 70% земной поверхности покрыто водой. Однако кинетическая энергия, содержащаяся в волнах, приливах и даже каплях дождя, неэффективно преобразуется в электрическую энергию из-за ограничений в современных технологиях.

Например, обычный генератор энергии капель на основе трибоэлектрического эффекта может генерировать электричество, индуцированное контактной электрификацией и электростатической индукцией, когда капля ударяется о поверхность.

Однако количество зарядов, генерируемых на поверхности, ограничено межфазным эффектом, и в результате эффективность преобразования энергии остается довольно низкой.

Наногенераторы - универсальные генераторы энергии

Принципиальная схема капельного электрогенератора (DEG).

Наногенераторы - универсальные генераторы энергии

Четыре параллельных устройства DEG, изготовленных на стеклянной подложке.

Чтобы повысить эффективность преобразования, исследовательская группа потратила два года на разработку капельного электрогенератора DEG. Его мгновенная плотность мощности может достигать 50,1 Вт / м 2, что в тысячи раз выше, чем у других подобных устройств без использования FET-подобной конструкции. И эффективность преобразования энергии заметно выше.

В результате исследований установлено, что для изобретения есть два ключевых фактора.

Во-первых, команда обнаружила, что непрерывные капли, падающие на PTFE, специальный материал с квазипостоянным электрическим зарядом, обеспечивают новый эффект для накопления и хранения поверхностных зарядов высокой плотности.

Они обнаружили, что, когда капли воды непрерывно ударяются о поверхность PTFE, генерируемые поверхностные заряды будут накапливаться и постепенно достигать насыщения. Это новое открытие помогло преодолеть узкое место низкой плотности заряда, с которым сталкивались ранее.

Уникальная полевая транзисторная структура

Второй ключевой особенностью их конструкции является уникальное устройство, аналогичное FET, которое было создано лауреатом Нобелевской премии по физике в 1956 году. Оно стало основным строительным блоком современных электронных устройств в наши дни. Устройство состоит из алюминиевого электрода и электрода из оксида индия и олова (ITO) с нанесенной на него пленкой из PTFE.

Именно второй электрод отвечает за генерацию и накопление зарядов.

Когда падающая капля воды попадает на поверхность PTFE/ITO и распространяется по ней, она естественным образом «соединяет» оба электрода, превращая исходную систему в замкнутую электрическую цепь.

Благодаря такой конструкции на PTFE/ITO-электроде могут накапливаться поверхностные заряды с высокой плотностью. Когда вода соединяет два электрода, все накопленные заряды могут полностью высвобождаться и генерировать электрический ток.

Благодаря этой специальной конструкции на PTFE может накапливаться высокая плотность поверхностных зарядов в результате непрерывного удара капель. В результате, как мгновенная плотность мощности, так и эффективность преобразования энергии намного выше чем у аналогов.

Исследование показывает, что капля в 100 микролитров (1 микролитр = миллионный литр) воды, высвобождаемая с высоты 15 см, может генерировать напряжение свыше 140 В. А вырабатываемая мощность может зажечь 100 маленьких светодиодных лампочек.

Увеличение мгновенной плотности мощности происходит не за счет дополнительной энергии, а за счет преобразования кинетической энергии самой воды. То есть кинетическая энергия, связанная с падающей водой, обусловлена гравитацией и может рассматриваться как свободная и возобновляемая.

Исследования также показывают, что снижение относительной влажности не влияет на эффективность выработки электроэнергии. Кроме того, для выработки электроэнергии может быть использована как дождевая вода, так и морская.

Результаты этого исследования помогут собрать энергию падающей воды, чтобы решить глобальную проблему нехватки возобновляемой энергии. Работу также можно использовать для прогнозирования зарядных характеристик ТЭНГ в системе накопления энергии для более эффективного применения.

В долгосрочной перспективе новая конструкция может быть применена и установлена на различных поверхностях, где жидкость контактирует с твердым веществом, чтобы полностью использовать низкочастотную кинетическую энергию воды. Это может варьироваться от поверхности корпуса парома, береговой линии, до поверхности зонтов или даже внутри бутылок с водой.

Наногенераторы - универсальные генераторы энергии

С новым генератором электричества на основе капель капля воды, высвобождаемая с высоты 15 см, может генерировать напряжение свыше 140 В, освещая 100 маленьких светодиодных лампочек.

Наногенераторы - универсальные генераторы энергии Наногенераторы - универсальные генераторы энергии

Плотность поверхностных зарядов на пленке PTFE колеблется в течение всего непрерывного удара капли.

Источник

Генератор для дома — какой лучше: бензин, дизель или газ

При выборе резервного источника тока важно учитывать цели, для достижения которых будут применяться генераторы. Требования к бытовым и промышленным установкам разные. Мощность, вид топлива, уровень шума, тип привода, технические характеристики, функциональные возможности, стоимость — сравните параметры и проанализируйте, какой вариант вам больше подойдет.

Наногенераторы - универсальные генераторы энергии

Около 60% всех установок для выработки электрической энергии работают на бензине. Такая популярность связана с удобством, компактностью и невысокой ценой бензиновых генераторов.

Это классический вариант генератора для дома, его можно устанавливать в закрытом помещении, шумопоглощающий корпус и глушитель на двигателе позволяют не искать для компактной установки отдельной комнаты.

Оборудование может работать на открытом воздухе.

Генератор на бензине — бюджетный вариант для загородного дома

В среднем уровень шума бензиновых генераторов 70 дБ, работают они без дозаправки в среднем 5-6 часов. Ресурс ниже, чем у дизельных и газовых моделей, зато нет проблем с запуском при низкой температуре воздуха.

Генераторы на бензине — идеальный вариант для частных домов, дач, гаражей, выезда на природу, они вырабатывают стабильный ток и подходят для подключения техники чувствительной к перепадам энергии (сварочные аппараты, строительное оборудование, бытовая техника).

Стоимость моделей невысокая, а расход топлива большой, длительная эксплуатация установки обходится недешево.

Наногенераторы - универсальные генераторы энергии

Электростанция на дизельном топливе нередко используется как постоянный источник энергии, благодаря ресурсу справляться с большими нагрузками. Возможность длительное время работать без перерыва делает дизельные агрегаты незаменимыми в самых разных сферах.

Дизельная электростанция — производительная установка для длительной бесперебойной работы с минимальными затратами на обслуживание

Установки, работающие на солярке, выпускают стационарные и портативные, с водяной и воздушной системой охлаждения. Один из главных минусов дизельного генератора — его стоимость, этот вид электростанций самый дорогой.

Зато обслуживание агрегата требует минимальных затрат (уровень потребления топлива небольшой).

Если аппарат не укомплектован шумозащитным кожухом, его рекомендуется устанавливать в отдельной комнате, при этом не забывайте позаботиться о качественной вентиляции в помещении.

Среди недостатков дизельной станции отметим высокий уровень шума, перебои в работе при низкой температуре воздуха (рекомендуем приобретать модели с подогревом двигателя, если придется работать в сложных погодных условиях), высокая стоимость (на 20-40% выше, чем электростанции на бензине).

Наногенераторы - универсальные генераторы энергии

Электростанции на газу встречаются реже, чем дизельные и бензиновые агрегаты, во многом из-за повышенной опасности при использовании баллонов с топливом. Между тем, при соблюдении техники безопасности такое оборудование очень эффективно и экономично.

Читайте также:  Генератор ван де граафа

Себестоимость 1 кВт электрической энергии, созданного газовым генератором, самая низкая.

Данный вид техники считается самым экологичным, он достаточно мощный и имеет большие ресурсы, может работать от баллона или подключаться к центральной газовой магистрали (есть универсальные модели, они самые практичные).

Газовые электростанции генерируют самое дешевое электричество

При выборе газового генератора обращайте внимание на такие параметры, как объем топливного отсека (определяется отрезок беспрерывной работы установки). Габариты у газовой установки примерно такие же, как у бензиновой электростанции, но в условиях низких температур стабильность работы гораздо ниже. Средняя цена оборудования где-то посередине между бензиновыми и дизельными агрегатами.

Если, изучив общие характеристики разных типов генераторов, вы все еще сомневаетесь, какое оборудование больше подойдет для решения ваших задач, обращайтесь за консультацией к опытным специалистам, они дадут дельный совет и порекомендуют одну или несколько подходящих моделей электростанций.

Наногенератор из черного фосфора превратит движения тела в электричество

Наногенераторы - универсальные генераторы энергии

Vanderbilt University / YouTube

Ученые из Университета Вандербильта разработали
генератор, который производит электрический
ток из движений человеческого тела. В
отличие от многих аналогичных систем,
генератор позволяет вырабатывать
энергию из движений небольшой частоты,
характерных для повседневной жизни. Исследование опубликовано в
журнале ACS Nano.

Во время
повседневной деятельности человек постоянно
совершает различные движения. Многие
ученые пытаются найти способы извлекать
эту энергию и конвертировать в
электрический ток. Как правило, для
этого используются трибоэлектрические
генераторы, которые вырабатывают ток
за счет трения.

Также есть прототипы
генераторов, работающих за счет
пьезоэлектрического эффекта,
ферроэлекрические генераторы и другие.

Проблема многих из низ заключается в
том, что они требуют совершения движений
с частотой в десятки и сотни герц, тогда
как обычно частота движений человека
составляет единицы герц и даже меньше.

Исследователи
создали устройство, которое может
сохранять генерацию в течение некоторого
времени после нажатия, и таким образом
требует движения с гораздо меньшей
частотой, чем многие аналоги. Основу
генератора составляют листы черного
фосфора толщиной в несколько атомов с
находящимися в них атомах натрия.

Из
листов сделаны два электрода, разделенные
полимерной пленкой. Когда на устройство
нажимают или сгибают, один электрод
становится сжатым, а второй растянутым.
Из-за этого между ними возникает разница
потенциалов.

Ионы натрия устремляются
по направлению к растянутому электроду,
и таким образом возникает электрический
ток.

Наногенераторы - универсальные генераторы энергии

Структура генератора

Nitin Muralidharan et al. / ACS Energy Letters, 2017

Наногенераторы - универсальные генераторы энергии

Принцип действия генератора

Nitin Muralidharan et al. / ACS Energy Letters, 2017

Ученые
продемонстрировали работу генератора,
закрепив его на локте. При сгибании он
вырабатывает ток, величина которого
отображается на мониторе. Исследователи
признают, что мощность их генератора пока слишком мала для практических
применений (до 42 нановатт на квадратный сантиметр). Однако они считают, что в
будущем, за счет толщины генератора его можно будет интегрировать
в одежду и использовать в качестве сенсора. Такой сенсор будет конвертировать движения человека в электрический сигнал, который затем можно использовать, к примеру для управления виртуальной реальностью.

Ранее другие
ученые уже представляли похожие
разработки. К примеру, в 2017 году
американские исследователи показали
клавиатуру с ферроэлектрическим
генератором, который вырабатывает
достаточный для работы ток во время
нажатия на клавиши.

Также недавно
китайские ученые показали дисплей,
который вырабатывает для себя энергию
во время прикосновений к нему.

А финские
исследователи смогли создать материал,
который умеет вырабатывать электрический
ток из трех источников: нажатий, света
и тепла.

Григорий
Копиев

Ток от растяжения

Ученые Технологического университета штата Джорджия создали элементы питания для обычной электроники с помощью наноразмерных генераторов, которые преобразуют механическую энергию извне с помощью набора нанопроводков.

Наногенераторы - универсальные генераторы энергии

Мемристор, «четвёртый элемент схемотехники», может найти применение далеко за пределами последней. Один из создателей устройства, Дмитрий… →

В данном случае механическая энергия – это сжатие наногенератора двумя пальцами. Но ее можно получать и из биения сердца, и из ударов подошв обуви по земле, и из вибрации технического оборудования.

Такие генераторы, конечно, никогда не смогут производить большие объемы электричества в промышленных целях, однако они вполне могут питать небольшие устройства, например, батареи iPod. Работа, посвященная последним усовершенствованиям наногенераторов, опубликована в журнале Nano Letters.

Работа наногенераторов Ванга основана на пьезоэлектрическом эффекте, наблюдаемом в кристаллических материалах (например, оксиде цинка). Электростатический потенциал возникает, когда предмет, сделанный из такого материала, сжимают или растягивают.

«Собирая» электричество с миллионов наноразмерных проводков оксида цинка, ученым удалось получить ток напряжением до 3 В и силой до 300 нА.

«Мы максимально упростили конструкцию, сделали ее более функциональной и добились совместной работы большого количества проводков. Так получился наногенератор, достаточно мощный, чтоб питать обычные малые устройства – ЖК-дисплеи, светоиспускающие диоды и лазерные диоды», — пояснил профессор Чжун Линь Ван, слова которого приводит пресс-служба университета.

Сфера будущего внедрения наногенераторов – небольшие электронные устройства, применяемые в здравоохранении, мониторинге условий окружающей среды, а также обычная мелкая электроника.

Наногенераторы - универсальные генераторы энергии

Проблема отделения полупроводниковых углеродных нанотрубок от металлических оказалась разрешимой в промышленных масштабах. Новый метод позволит… →

Первые наногенераторы из оксида цинка использовали проводки, выращенные на твердой подложке и присоединенные к металлическому электроду. Новые наногенераторы способны производить электрический ток при простом растяжении – в этом случае оба конца нанопровода погружены в полимерный материал.

Ключевая стадия процесса производства генераторов – аккуратный рост нанопроводов. Однако группа Вана придумала более простой способ производства. Нанопровода нового типа имеют коническую форму. После доведения роста до нужной величины проводки помещали в спиртовой раствор.

Раствор с нанопроводками затем капали на тонкий металлический электрод и лист растяжимой полимерной пленки. Спирт высыхал, и на полученный слой помещали новый. Так получались чередующиеся слои полимера и нанопроводов, составляющие единый композиционный материал.

Именно он, считает Ван, станет прототипом будущих устройств на наногенераторах.

При растяжении полимера проводки, размещенные слоями, производят электрический ток, достаточный для питания небольшого дисплея, например, экрана карманного калькулятора.

Наногенераторы - универсальные генераторы энергии

Устаревшая технология считывания и записи информации на магнитные носители, похоже, дождалась выхода на пенсию. Японские ученые стерли грань между… →

Профессор Ван считает, что после небольшого усовершенствования наногенераторы можно будет использовать в малоразмерных мобильных устройствах.

Он предлагает питать ими датчики состояния атмосферы, замеряющие количество токсичных газов, в частности, для изучения изменения климата.

Систему следует снабдить конденсатором, который мог бы запасать небольшое количество электроэнергии, достаточное для того, чтобы переслать массив данных в случае угрозы отключения устройства.

Хотя сейчас энергии, полученной от самых лучших наногенераторов, недостаточно даже для питания батареи iPod, Ван уверен, что у этой технологи большое будущее, а работающие от наногенераторов кардиостимуляторы появятся в ближайшие пять лет.

Наногенераторы, которые разработаны в его группе сейчас, в 100 раз эффективнее, чем аналогичные устройства, которые удалось создать год назад.

Другое направление усовершенствования технологии – создание пьезоэлектроники на основе смешанного цирконата-титаната свинца.

Этот материал уже используется в промышленности, однако нанопровода из него растить не так просто, это требует нагрева до 650 градусов Цельсия, сообщается в статье журнала Nature Communications.

Ванг и его коллеги добились возможности получать такие нанопровода при температуре всего 230 градусов Цельсия.

Читайте также:  Как защититься от колебаний сетевого напряжения

«Мы начали проводить первые работы в этой области в 2005 году. То, с чего мы начинали пять лет назад, и то, что мы имеем сейчас, — это небо и земля.

Свойства наших наногенераторов принципиально улучшились. Сейчас мы уже работаем на тех уровнях энергии, которые нужны для промышленного применения.

Я думаю, что мы перейдем к прямым применениям наших технологий в ближайшие пять лет», — подытожил Ван.

Работающий на снегу наногенератор — полезное дополнение к солнечным батареям

Снежные регионы планеты мало подходят для использования солнечных батарей. Панелям затруднительно производить какую-либо энергию, если они погребены под снежным покровом. Поэтому команда из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) разработала новое устройство, которое может производить электричество из самого снега.

Наногенераторы - универсальные генераторы энергии

Новый наногенератор может собирать энергию непосредственно из снега, помогая солнечным батареям справляться с зимними условиями ( karin59 / Depositphotos)

Команда называет новое устройство снежно-трибоэлектрическим наногенератором или Snow TENG (snow-based triboelectric nanogenerator).

Как следует из названия, оно работает за счёт трибоэлектрического эффекта, то есть использует статическое электричество для генерации заряда посредством обмена электронами между положительно и отрицательно заряженными материалами.

Устройства такого типа используются для создания маломощных генераторов, которые получают энергию от движений тела, прикосновений к сенсорному экрану и даже шагов человека по полу.

Снег положительно заряжен, поэтому при его трении о материал с противоположным зарядом из него можно извлечь энергию. После серии экспериментов команда исследователей выяснила, что силикон является лучшим материалом для трибоэлектрического эффекта при взаимодействии со снегом.

Snow TENG можно напечатать при помощи 3D-принтера, устройство сделано из слоя силикона, прикреплённого к электроду.

Разработчики заявляют, что его можно интегрировать в солнечные панели, чтобы они могли продолжать вырабатывать электроэнергию даже при покрытии снегом, что делает его похожим на представленный в марте прошлого года китайскими учёными гибридный солнечный элемент, который также при помощи трибоэлектрического эффекта генерирует энергию от столкновения капель дождя с поверхностью солнечных панелей.

Наногенераторы - универсальные генераторы энергии

В марте прошлого года группа учёных из Китая представила схожее устройство, использующее для генерации энергии на солнечных панелях капли дождя (evetodew/Depositphotos)

Проблема в том, что Snow TENG вырабатывает довольно небольшое количество электроэнергии в своём текущем виде — его удельная мощность составляет 0,2 мВт на квадратный метр. Это означает, что вы вряд ли станете подключать его напрямую к домовой электросети, как саму солнечную панель, но тем не менее его можно использовать, например, для маленьких и автономных погодных датчиков.

«Погодный датчик на базе Snow TENG может работать в отдалённых районах, так как он самостоятельно обеспечивает своё питание и не требует других источников», — говорит Ричард Канер, старший автор исследования. «Это очень умное устройство — метеостанция, которая может сказать вам: сколько снега падает в данный момент, направление падения снега, а также направление и скорость ветра.»

Исследователи приводят и другой пример использования Snow TENG, например, датчик, который можно прикрепить к нижней части ботинок или лыж и использовать для сбора данных для зимних видов спорта.

Исследование было опубликовано в журнале Nano Energy.

Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.

Наногенераторы — универсальные генераторы энергии

Наногенераторы - универсальные генераторы энергии

Еще в 2011 году был разработан наногенератор, преобразующий в электрическую энергию колебание в человеческом теле. Что-то аналогичное создавали и раньше, но модель оказалась более мощной, чем конкуренты в 1.000 раз. Учёными было принято решение представить генератор на рынке. В том же году, пятью наногенераторами, имеющими размер четверть почтовой этикетки стал вырабатываться ток в один микроампер, имеющий напряжение 3 в, что равно напряжению создаваемому двумя батарейками АА. Новым генератором стали подпитывать жидкокристаллические экраны калькуляторов, и даже осуществлять передачу беспроводных сигналов.

Утверждается, что новому устройству довольно малейших вибраций, чтобы вырабатывать электроток, позволяющий поддерживать работоспособность мобильных устройств. Заряжаться мобильный телефон будет от человеческой ходьбы, от биения сердца и от слабого ветерка. Зарядка может производится от шума проезжающего автомобиля, и даже от громких разговоров.

Современные наногенераторы превращают любые движения (различные перемещения, колебания жидкости и биологическую вибрацию) в источник энергии. Ученые-исследователи сумели объединить наногенератор и солнечную батарею (ячейку), создав тем самым аппарат способный воспользоваться механической и солнечной энергией. Такой генератор-гибрид является первым в своей области.

Наногенераторы - универсальные генераторы энергии

Наногенераторы

Наногенераторы, как правило, используют пьезоэлектрический нанопровод. Этой похожей на волосы структурой, состоящей из оксидов цинка, генерируется электрические потенциалы, при механических воздействиях на нее, и создается небольшая энергия. Первым такой прибор изготовили под руководством профессора Zhong Li Wangа.

Если сравнивать с солнечной батареей, то наногенератор еще проигрывает и недостаточно эффективен, но солнечную энергию не всегда можно выработать.

Это и послужило поводом к появлению наногенератора-гибрида. У нового генератора имеется несколько слоев.

В верхнем слое имеется место для тонкой солнечной батареи, затем место для кремниевого основания, а в нижнем слое – место для наногенератора. Особые полимеры скрепляют и покрывают все это.

Основание из кремния для солнечной батареи и наногенератора является анодом батареи и катодом генератора.

Можно создать наногенератор и солнечную батарею больших размеров и применять их по отдельности, но генератор-гибрид более эффективен и занимает меньшую площадь. Опытные устройства сегодня могут производить 0,6в от энергии солнца и 10мв от пьезоэлектрического элемента. Ожидается увеличение мощности и эффективности этих генераторов-гибридов.

  • Ученые всего мира считает что будущее энергетики за наногенераторами.

Наногенераторы. Виды и устройство. Работа и применение

Наногенераторы – уникальные устройства, которые способны вырабатывать электрическую энергию из любых видов микроколебаний. Необходимо лишь сжать в пальцах наногенератор, чтобы начал вырабатываться электрический ток. Разработка и внедрение наногенераторов открывает широкие перспективы. Совсем скоро можно будет полностью отказаться от аккумуляторов. Для зарядки IPod или мобильного телефона будет достаточно провести по экрану пальцем или вытянуть руку. Эти технологии пока что не совершенны, нет серийных изделий, однако разработки идут полным ходом.

Устройство

Над устройствами наногенераторов параллельно работают разные ученые. В лаборатории технологического института Джорджии созданы два типа наногенератора, которые инкапсулированы в полимерную пленку. Оба генератора представляют тонкий лист пластика, который имеет размеры листа бумаги для записей.

Подобные наногенераторы включают:

  • Кремниевая подложка.
  • Выходные электроды.
  • Нанопровода из оксида цинка.
  • Платиновые электроды.
  • Полимерный наполнитель.

Работа данных наногенераторов базируется на пьезоэлектрическом эффекте. Толщина нанопроводов, применяемых в устройстве, составляет всего несколько сотен нанометров. Их делают только химическим способом. С целью повышения срока работы наногенератора применяется пластик, который заполняет пространство между нанопроволоками. Небольшое допустимое сжатие наногенератора обеспечивает генерацию напряжения порядка 0,24 В.

Более мощный генератор этого же института создан по схожему принципу, однако включает существенно большее количество нанопроводов.

Устройство наногенератора включает следующие элементы:

  • Металлизированная подложка.
  • Полимерный корпус.
  • Нанопровода из оксида цинка.
  • Выходные электроды.

Выходное напряжение подобного генератора прямо пропорционально сумме величин механической деформации, которой нанопровода подвергаются.

Принцип действия

Современные генераторы способны превращать любые движения в источник энергии. Это могут быть различные колебания жидкости, перемещения или биологическая вибрация. Ученые-исследователи даже смогли объединить солнечную батарею и наногенератор, создав аппарат, который может воспользоваться солнечной и механической энергией.

Основой революционного изобретения стал многослойный силиконовый материал, который представляет тонкие листы, выполненные из экологически чистых веществ, в том числе полипропиленовый ферроэлектрет, полиимид и серебро.

Читайте также:  Как собственными силами постелить теплый пол. советы бывалого электрика

К ним добавляются ионы так, чтобы каждый слой устройства имел заряженные частицы.

Электричество появляется в момент, когда устройство подвергается определенному сжатию вследствие движений человека, то есть обеспечивается механической энергией.

Это устройство называют биосовместимый ферроэлектретный наногенератор. Его толщина равна толщине листа бумаги, он может иметь различные формы и размеры.

Устройство может быть большим, однако если сложить его несколько раз, то можно получить больше энергии и меньший размер.

В результате можно сделать достаточно компактное устройство, к примеру, для размещения его в специальном каблуке обычной обуви. Электричество будет генерироваться каждый раз, когда обувь будет касаться земли.

За счет накапливания заряда энергии от нанопроводников, сделанных из оксида цинка, генераторы вполне могут питать небольшие электрические приборы.

Сечение проводников таково, что в разрезе человеческого волоса их можно собрать до 500 штук.

Маленькие размеры указанных проводов дают возможность применить принцип гибких полимерных микросхем, их размер составляет не более части почтовой марки. В результате получается микрочип, имеющий несколько миллионов нанопроводников.

Цепь из пяти подобных микросхем, на выходе обеспечивает напряжение в 3 Вольта и ток нагрузки равный 1 микроампер. Данные показатели эквиваленты параметрам обычных батареек формата AA. Наногенератор имеет простой принцип зарядки, его достаточно сдавить пальцами.

Опыты продемонстрировали, что генерируемой энергии вполне хватает для работы LED-мониторов и слаботочных цифровых приборов с применением светодиодов.

При увеличении числа нанопроводников в микрочипе появляется возможность создания эффективных схем электрического питания мобильных телефонов.

Применение

Основные секторы применения наногенераторов достаточно широки — от умных линз до зарядки умных очков и часов, питания ноутбуков и мобильников.

Однако все это на данный момент не дошло до серийного использования. Большинство технологий по созданию наногенераторов не доведены до масштабного производства.

На данный момент наногенераторы испытываются и дорабатываются в лабораторных условиях.

На текущий момент указанными разработками активно занимаются известные корейские исследователи, которые уже создали значительное количество разных трибоэлектрических генераторов. Мощности большинства из этих устройств вполне хватает для питания умных часов и очков.

  • Ученые создали специальный текстильный материал, который позволяет превращать механическую энергию движений в электрическую.
  • Созданы устройства, которые могут преобразовывать в электричество энергию трения автомобильных колес об дорогу.
  • Корейские ученые создали звукоуправляемые генераторы энергии. Получаемой энергии достаточно для применения в разных электронных приборах с низким потреблением энергии – устройства, имплантируемые в человеческое тело, электронная бумага или самозарядные датчики.
  • Создан наногенератор на основе вируса. На данный момент он состоит из двух электродов и тонких пленок с вирусом. Данная технология позволит создать производство биошаблонных генераторов.

Создаются и другие виды наногенераторов, работающих на иных принципах.

Особенности

  • Наногенераторы могут функционировать в любых средах при соответствующей упаковке. Поэтому создаются опытные устройства, работающие от морских течений.
  • Среди поверхностей, на которые можно наращивать нанопровода, могут быть полимеры, керамика, одежда, металлы и даже палатки.
  • Изделия при внедрении в серийное производство будут невероятно легкими, гибкими и надежными. Их низкая стоимость позволит применять их повсеместно.

Виды

Современные генераторы могут быть поделены на виды устройств, от которых они работают:

  • Механические.
  • Звуковые.
  • Жидкостные.
  • Биологические.
  • Гибридные.

Устройства могут отличаться и конструктивно. Так пьезоэлектрический прибор может иметь разное устройство:

  • В качестве пьезоэлектрической проволоки применяется пьезоэлектрическая трубка или лента.
  • В качестве материала пьезоэлектрического элемента применяется полупроводниковое соединение ZnO.
  • Материал второго электрода выполнен из материалов группы серебро, золото, палладий или платина.
  • Второй электрод выполнен на поверхности анодного оксида алюминия.
  • Применяется массив пьезоэлектрических элементов, у которых первый и второй электроды являются общими, они включаются параллельно друг другу.
  • Первый и второй электроды склеиваются между собой эластичным материалом.

Достоинства и недостатки

Достоинства:

  • Большие перспективы.
  • Миниатюрность, легкий вес, масштабируемость, биосовместимость, надежность и низкая стоимость.
  • Устойчивость к деформациям, благодаря чему можно получать высокую выходную мощность.
  • Наноструктуры из оксида цинка способны выдержать значительное число деформации. Благодаря этому их можно применять в электронных приборах, а также источниках энергии, подвергаемых деформации.
  • Гибкие полимерные подложки, применяемые для наногенераторов, позволят имплантировать некоторые устройства в органы человеческого тела.
  • Материалы из оксида цинка нетоксичны, благодаря чему их можно применять в биомедицинских исследованиях.

Недостатки:

  • Использование лишь в качестве опытных экземпляров. Серийное использование планируется только в перспективе.
  • Неотработанные технологии.
  • «Природный» спектр колебаний имеет широкий разброс по частотам. Однако наногенераторы могут «реагировать» лишь на значительно узкие диапазоны частот. Необходимо совершенствовать конструкцию и применяемые материалы устройства.

Перспективы

  • Все устройства, работающие на аккумуляторах, смогут заряжаться лишь от одного взмаха руки или движения пальца. Это позволит навсегда распрощаться с аккумуляторами, а также зарядными устройствами.
  • Наногенераторы с внедрением новых технологий станут настолько миниатюрными, что они позволят создавать «вечные» чипы крошечного размера. Они будут вживляться в человека с целью его идентификации, хранения личной иной информации.
  • Именно благодаря наногенераторам будут внедрены в жизнь многие перспективные наноустройства – медицинские, исследовательские и военные. Будут создаваться военные и гражданские роботы. Для лечения многих болезней, в том числе и рака, будут созданы микророботы на основе наногенераторов.
  • Будут созданы искусственные растения, работающие на наногенераторах.
  • Создание умной одежды и иных перспективных устройств.
  • Могут быть созданы автомобили, которые будут работать только за счет наногенераторов.

Похожие темы:

Как сделать электрогенератор из скотча карандаша и бумаги | ИНВЕСТ-ПАК

Наука не стоит на месте. Так, команда учёных из Федеральной научной школы Лозанны (EPFL) и токийского ВУЗа создала генератор электричества своими руками.

Необычное устройство может функционировать совершенно автономно. Собран генератор из подручных средств.

Среди необходимых бытовых материалов оказались: два отреза бумаги, простой карандаш (точнее, грифель от него), тефлон, несколько проводов и наждачная бумага.

Строение уникального аппарата

Как ни странно, но основа, которая держит весь генератор — скотч. Прибор напоминает необычный бутерброд. На бумагу нанесён слой графитового углерода при помощи обычного карандаша.

Таких фрагментов должно быть несколько, а между ними обязательно следует разместить тефлон. Склеив все части так, чтобы они не соприкасались, можно получить компактный генератор.

Графит в этом случае служит проводником электрического тока (универсальные электроды).

Такое устройство может продуцировать около 3 вольт энергии. Это количество можно сравнить с величиной тока, который можно получить от нескольких батареек АА. Чего вполне достаточно, например, для пульта дистанционного управления.

Количество производимой энергии можно увеличить, если использовать пресс и плотно, соединить наждачную и зарисованную карандашом бумагу. Благодаря шероховатости поверхности существенно увеличивается площадь соприкосновения, а значит, и величина образованной энергии.

На что способен универсальный прибор

Чтобы запустить уникальный генератор электроэнергии, своими руками необходимо нажимать на устройство со скоростью 1,5 раза в секунду. Изготовленный прибор образует достаточно энергии для обеспечения микро- и нанодатчиков.

Небольшое устройство 8х2 см можно использовать для обеспечения энергией:

  • нескольких диодов;
  • маленького ЖК-экрана;
  • прочих малоэффективных электроприборов.

Учёные считают, что генератор из подручных материалов вполне может служить источником энергии для медицинского оборудования, поскольку аппараты, используемые для диагностики в развивающихся странах, потребляют минимальное количество ресурсов. По мощности его можно сравнить с несколькими батарейками АА, а после успешной эксплуатации трибоэлектрический наногенератор или ТЭНГ (TENG) можно легко утилизировать.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector