Наногенератор из черного фосфора превратит движения тела в электричество

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.

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