Миф или правда: гаджеты, заряжающиеся от городского шума, движений и разговора человека

Специалисты Института нанотехнологий, электроники и приборостроения ЮФУ разрабатывают наногенераторы на основе углеродных нанотрубок, легированных азотом, которые преобразовывают деформации и вибрации городского шума, движений и разговора человека в электрическую энергию
07/03/2023

Как известно, углеродные нанотрубки (УНТ) были открыты в 1991 году, после чего начался «бум» в исследовании их свойств и применений. Однако, многие прогнозы не оправдались из-за ряда технологических сложностей, связанных с ростом бездефектных УНТ, близких по свойствам к модельным структурам, и формированием к ним контактов. Сейчас начался второй «бум» в этом направлении, связанный с исследованием именно несовершенных УНТ, в состав которых добавлены (легированы) гетероатомы (азота, кислорода, бора), и их применения в области энергетики для хранения или преобразования энергии в электрохимических конденсаторах, топливных элементах и литий-ионных аккумуляторах. Данная тематика, несомненно, сейчас находится на пике и открывает новые перспективы для практической реализации устройств на основе УНТ.

Сегодня активно реализуется идея создания автономных, то есть не требующих подзарядки, источников питания для устройств персональной и носимой электроники на основе наногенераторов, способных преобразовывать и накапливать энергию из окружающей среды.

Это направление активно развивают сотрудники Института нанотехнологий, электроники и приборостроения ЮФУ. Так, в новом исследовании группы ученых: к.т.н., в.н.с. Олега Ильина, к.т.н., доцента Владимира Смирнова, магистранта Ольги Соболевой и постдока к.ф.-м.н. Сослана Хубежова под руководством к.т.н., доцента Марины Ильиной рассмотрели легированные азотом углеродные нанотрубки (N-УНТ) в качестве перспективного материала для создания таких наногенераторов и установили значения длины, диаметра и модуля Юнга N-УНТ, обеспечивающие наиболее эффективное преобразование внешних механических воздействий в электрический потенциал.

«Идея по разработке наногенераторов на основе преобразования механической энергии окружающей среды в электрическую энергию с помощью пьезоэлектрического эффекта в наноразмерных структурах была заложена в 2006 году. И с тех пор идет поиск подходящего материала для ее реализации. Классические пьезокерамические структуры не подходят, так как являются хрупкими и, как правило, токсичными из-за наличия свинца в составе, а пьезоэлектрические полупроводниковые наноструктуры (оксид цинка, нитрид галлия) обладают недостаточно высоким значением пьезоэлектрического модуля для эффективного преобразования энергии», – рассказала Марина Ильина.

В работе исследовалось влияние геометрических и механических параметров N-УНТ на величину пьезоэлектрического модуля и генерируемого тока. Было установлено, что легирование нанотрубки азотом пиррольного типа приводит к одновременному увеличению механических и пьезоэлектрических параметров, что позволяет существенно повысить величину тока, генерируемого при деформации.

Другим важным результатом стала установленная зависимость пьезоэлектрических свойств N-УНТ от их длины и диаметра. Как известно, в классических пьезоэлектриках величина пьезоэлектрического модуля не зависит от их геометрических параметров. Однако в N-УНТ при невысоких значениях аспектного отношения длины к диаметру (7–30) наблюдается линейное увеличение пьезоэлектрического модуля, а при больших значениях аспектного отношения зависимость уходит в насыщение. Поэтому целесообразно использовать массивы N-УНТ с аспектным отношением около 30, чтобы добиться высокого значения пьезоэлектрического модуля и сохранить высокую «чувствительность» N-УНТ к внешним механическим воздействиям.

«Результаты данного исследования показывают, что легированные азотом углеродные нанотрубки являются превосходным кандидатом для разработки высокоэффективных наногенераторов благодаря сочетанию высоких механических и пьезоэлектрических свойств, что позволяет сделать существенный шаг вперед для практической реализации данной идеи», – отметила ученая.

Самозаряжающиеся гаджеты, не являющиеся токсичными для организма человека, – звучит, будто фантастика или анонс технологического будущего, в котором, вероятно, будут жить наши правнуки. Однако это ближайшая реальность. По оценкам специалистов, разработанные наногенераторы на основе N-УНТ способны эффективно преобразовывать нано- и микроразмерные деформации и вибрации, возникающие под действием городского шума, движений и разговора человека, в электрическую энергию, достаточную для питания устройств персональной электроники: электронных часов, телефонов, наушников и прочего.

Данное исследование, опубликованное в журнале «LowPowerElectronicsand Applications», поддержано Российским научным фондом в рамках проекта №22-79-10163 «Разработка пьезоэлектрических наногенераторов на основе вертикально ориентированных углеродных нанотрубок, допированных азотом».

пожаловаться

Читайте также:

Стиль жизни
22/11/2024
В преддверии Дня матери, состоялось чествование многодетных матерей области.
- Во все времена материнство на Дону было особо почитаемо. Самого глубокого уважения заслуживают многодетные мамы! Ведь мног...
Стиль жизни
21/02/2024
Приезжайте на Winter Pool Party в "Морскую"
Вас ждет море музыки от DJ Callboy резидента клуба "Старая крепость", грандиозное огненное шоу, зажигательное выступление кавер - группы "Отпетые м...
Стиль жизни
30/05/2023
Первый бассейн со стеклянными стенами и видом на море в Ростовской области празднует свое открытие
Вас будут ждать сюрпризы и подарки, пенная дискотека, а вечером еще и файер-шоу. Такого бассей...
Стиль жизни
28/10/2022
Как проверить задолженность по ИНН юридического лица на Химера Серч?
Последствием долгов может стать принудительная мера взыскания. Несмотря на это, многие организации продолжают закрывать глаза на нео...
Стиль жизни
24/05/2022
В Ростове-на-Дону отмечают День славянской письменности и культуры
В празднике примут участие первый заместитель губернатора Ростовской области Игорь Гуськов и Митрополит Ростовский и Новочеркасский Ме...
Стиль жизни
20/11/2020
Играй и одевайся как джентльмены из «Ростова»!
До сих пор иконой стиля в футболе считался Дэвид Бэкхем. Пока на матч «Спартак»-«Ростов», который состоялся 31 октября на «Открытии Арена», ростовские игр...
07/03/2023