Потряси трибоэлектроникой

Наука и технологии
Рисунок: Константин Батынков

Исследователи из США и Китая представили в journalNano проект компактного трибоэлектрического генератора, который должен открыть очередной этап в развитии возобновляемых источников энергии.

Команда ученых во главе с профессором из Технологического института Джорджии предложила способ получения электроэнергии от трения между двумя разными видами пластмасс. Генератор, созданный на основе гибких полимерных материалов, может получать переменный ток практически от любого интенсивного движения, например от ходьбы. Новизна предложенного решения состоит не в особенностях метода получения электрического заряда при помощи трибоэлектрического эффекта, а в создании метода разделения энергетических зон, создающих перепад напряжения. Разработка может служить дополнением к ранее созданному наногенератору, использующему пьезоэлектрический эффект для получения тока от сгибания нанопроводов из оксида цинка.

Сам процесс сравнительно прост: когда пленки полиэстера и полидиметилсилоксана соприкасаются, первый отдает электроны, а второй их принимает. После соприкосновения между полимерами возникают зазоры, изолирующие заряд на поверхности полидиметилсилоксана и образующие электрический дипольный момент. В качестве матрицы была взята кремниевая пластина, на которую путем литографии либо процесса сухого или жидкостного травления наносится микрорисунок из восприимчивых к трению паттернов. Далее с пластины получали полимерные пленки полидиметилсилоксана, которые фиксировались на поверхности электрода из оксида индия и олова, покрытого полиэтилентерефталатом. Сверху этого «пирога» укладывалась вторая поверхность электрода из оксида индия и олова с ПЭТ-покрытием.

Было испытано несколько типов рисунка: линии, кубы и пирамиды. Наилучший результат показало использование пирамидальных паттернов — 18 вольт при 0,13 микроампера на квадратный сантиметр. Объясняется это тем, что в такой структуре много воздушных зазоров.

Трибоэлектрические генераторы обладают прозрачностью 75%, а это значит, что их можно применять в изготовлении сенсорных экранов на безаккумуляторных устройствах. Преимуществами генераторов, по мнению разработчиков, являются их дешевизна и возможность долгого использования — более 100 тыс. циклов срабатывания.