Ученые из института технологии Джорджии разработали новый вид "умного стекла", которое вырабатывает электричество из ветра и дождя, и к тому же умеет менять свой цвет с прозрачного на темно-синий. Подробнее узнать о разработке можно в статье, опубликованной в ACS NANO, а ее краткое изложение доступно на сайте журнала Science.
Разработанные авторами стекла состоят из двух основных слоев: генерирующего электричество и меняющего цвет под действием этого электричества. Слой-генератор состоит из двух основных каскадов, первый из которых использует капли дождя, падающие на поверхность устройства, а второй производит электричество из колебаний, создаваемых ветром. Ключевым элементом стекла являются многослойные пластинки, работающие как трибоэлектрические генераторы.
Генерация электричества из капель дождя
Min-Hsin Yeh et al./ACS NANO
Поделиться
Генерация электричества из механического воздействия ветра
Min-Hsin Yeh et al./ACS NANO
Поделиться
Кривая силы тока, получаемого от падения капель
Min-Hsin Yeh et al./ACS NANO
Поделиться
Верхний каскад состоит из массива полимерных нанопирамид, расположенного на поверхности проводящего стекла (ITO - оксид олова, допированный индием), но отделенного от него слоем изолятора. Генерация электричества из капель дождя происходит следующим образом. Заряд в каплях возникает еще при падении из облака в результате трения о воздух. При контакте со стеклом положительно заряженная капля вызывает образование компенсирующего заряда в ITO. Когда она стекает с каскада, этот заряд становится избыточным и уходит со слоя ITO, тем самым производя электрический ток.
Нижний каскад закреплен сразу под предыдущим, он состоит из пары многослойных пластин. Первая из них состоит из слоев изолятора и ITO. Над ней располагается вторая пластина, "бутерброд" ITO-изолятор-полидиметилсилоксан (PDMS). Они разделены пружинами, которые под действием ветра способны сжиматься и приводить части каскада в контакт.При этом возникает разделение зарядов, компенсирующееся после отрыва пластин электрическим током.
Устройство умного стекла, разработанного авторами
Min-Hsin Yeh et al./ACS NANO
Поделиться
Общий механизм работы устройства
Min-Hsin Yeh et al./ACS NANO
Поделиться
Микроизображения различных слоев умного стекла
Min-Hsin Yeh et al./ACS NANO
Поделиться
Предложенное "умное стекло" способно таким образом генерировать до 130 милливатт с одного квадратного метра - этого достаточно для работы водителя ритма сердца или телефона в режиме ожидания. Такой же мощностью обладает солнечная батарея размером 4 на 2 сантиметра. Эта энергия расходуется на запуск химической реакции в нижнем слое стекла, результатом которой является берлинская лазурь - вещество с насыщенно-синим цветом. Прозрачность стекла при этом падает на треть.
"Умным стеклом" называются виды стекол, способные менять свои свойства под действием внешних факторов. Наиболее распространены сейчас электрохромные стекла, способные менять свою прозрачность под действием электрического тока, однако работают они от сети. Также существуют образцы, реагирующие на изменение температуры и влажности.
