Самый маленький электрический генератор в мире

Ученые из Колумбийского Университета и Технологического Института Джорджии нашли способ преобразовать кинетическую энергию в электрический ток, используя материал не толще, чем слой атомов. Они уверяют, что изобрели «самый маленький электрический генератор в мире».

Ученые предположили, что гибкий, растягивающийся материал может быть вплетен в одежду, в которой, в свою очередь, могут находиться нательные датчики, медицинские приборы или просто телефон в кармане.

Исследование подробно описано в статье, опубликованной в международном научном еженедельнике Nature.

Изобретение функционирует используя принцип пьезоэлектричества – получение электрической энергии путем растяжения или сжатия вещества. Это давно известный эффект, который применяется, например, в плитках напольного покрытия, которые преобразовывают энергию шагов в электричество.

Эффект был продемонстрирован на примере самого тонкого электрического генератора в мире, произведенного из двумерного дисульфида молибдена (MoS2) материала, который по ранним предположениям обладает такими свойствами.

Устройство было создано путем размещения тонких слоев MoS2, материала, состоящего из одного слоя атомов, на гибких пластиковых подложках, используя при этом оптические технологии для определения расположения кристаллических решеток материала. Этот процесс необходим потому, что кристаллическая структура MoS2 наделяет материал пьезоэлектрическими свойствами только в определенной ориентации. Она также высокополярна, это означает, что нечетное количество атомных слоев необходимы для гарантии того, что пьезоэлектрический эффект не компенсируется.

Затем полученные электроды разделяются на так называемые «хлопья», при механической деформации которых вырабатывается электрический ток, который замеряется.

С помощью этого исследования ученым удалось подтвердить теоретическую версию, опубликованную в прошлом году, и обнаружить в том числе, что напряжение на выходе меняется, когда изменяется направление приложенной деформирующей силы, при этом в образцах с четным количеством слоев электрический ток переставал вырабатываться полностью.

«Действительно интересным является то, что мы обнаружили: такой материал как MoS2, который сам по себе не обладает пьезоэлектрическими свойствами в объемном виде, может стать пьезоэлектрическим, когда толщина становится меньше, а именно - в один атомный слой», рассказывает Лей Ван, участник исследования.

Это происходит потому, что основная часть MoS2 состоит из последовательных слоев, которые ориентированы в противоположных направлениях, тем самым генерируя положительное и отрицательное напряжение, которые уравновешивают и нейтрализуют друг друга.

Согласно исследованию, одна пластинка из MoS2, растянутая на 0.53 процента, производит пиковое напряжение в 5 mV (милливольт) и 20 pA (пикоампер), что соответствует плотности электрического тока в 2 мВт (милливатт) на квадратный сантиметр, а эффективность преобразования механической энергии в электрическую равен 5.08 процента.

Ученые говорят, что данное исследование в итоге может привести к получению систем, имеющих сверхмалую толщину, собирающих механическую энергию из окружающей среды для обеспечения своих потребностей в электрической энергии. опубликовано econet.ru