Трибоелектричний наногенератор зробив гумову уточку розумною

Корейські інженери вбудували трибоелектричні наногенератори, що виробляють струм за рахунок тертя, в дитячі іграшки - отримані біосумісні «розумні» уточка і тріщотка не вимагають батарейок і отримують енергію за рахунок натискання або помаху, йдеться в статті, опублікованій в.

Трибоелектричні наногенератори струму розглядають як один з перспективних типів постійних джерел струму: на відміну від звичайних батарейок, вони не потребують регулярної заміни, а крім того, їх можна зробити з матеріалів, безпечних для навколишнього середовища. Засновані такі пристрої на використанні трибоелектричного ефекту - появі в матеріалі електричного струму в результаті тертя. Поки такі електрогенератори мають занадто низьку потужність для живлення повноцінних електронних пристроїв, тому у виробництві і комерційних пристроях не використовуються.

Інженери під керівництвом Кіма Сан-Чже (Sang-Jae Kim) з Національного університету Чеджу зробили перший крок до комерціалізації автономних трибоелектричних наногенераторів, використавши їх для електроживлення дитячих іграшок. Біосумісні трибоелектрогенератори на основі полідіметилсілоксану з алюмінієвими електродами вчені вбудували в два типи іграшок: в гумових уточок і в хлопаючі тріщотки, - пластикові лопаті у формі тварин на паличці, які плескають, коли ними трусять. Ці генератори використовувалися як автономні біосумісні джерела струму, які у відповідь на зовнішній вплив живили вбудовані в іграшки фотодіоди.

У плескаючій тріщотці, при її постійному струсуванні з максимальною швидкістю 1 метр в секунду вдалося отримати електричну напругу ланцюга короткого замикання 30 вольт і струм 600 наноампер. Цього виявилося достатньо, щоб при безперервному струсуванні можна було живити світлодіоди, розташовані в очах іграшки. При цьому вчені показали, що за 100 циклів роботи такий пристрій не втрачає своїх властивостей.

Іншою іграшкою, яку вчені зробили «розумною», додавши в неї трибоелектричний силіконовий генератор, стала гумова уточка. Для того, щоб увімкнути лампочки в очах уточки, її не потрібно трясти, можна просто натиснути на неї. У цьому випадку при швидкості натискання 1 метр на секунду напруга досягала 130 вольт, а струм короткого замикання - 1 мікроампера. У цьому випадку, і за 700 циклів роботи показники пристрою не падали.

Вчені зазначають, що автономні беззаперечні іграшки, що реагують на зовнішній вплив, можуть бути вельми затребувані, особливо беручи до уваги, що в останні роки зростає популярність електронних іграшок (наприклад, у США за статистичними даними понад 97 відсотків дітей віком до 4 років користуються електронними пристроями). Крім того, можливість швидкої зарядки конденсаторів з використанням електрогенераторів дає можливість для їх комерційного використання і в інших пристроях.

Щоб трибоелектричні наногенератори дійсно можна було використовувати в більш складних електронних пристроях, вченим необхідно домогтися підвищення їх потужності. Наприклад, нещодавно фізики показали, що підвищити максимальну потужність аналогічних трибоелектричних пристроїв на основі полідіметилсілоксану можна з використанням м'ятої золотої плівки в якості одного з електродів. А щоб можна було розтягувати пристрої на основі трибоелектричних наногенераторів в три рази, хіміки використовували в якості електрода пружних полімер з проводить рідиною.