Сенсация в энергетике: Шатающаяся консоль вырабатывает ток из света

Создатели изобретения — доктор Лун Цюэ (Long Que) и его команда из технологического института Луизианы (Louisiana Tech). Пришли они к идее генератора случаем. Экспериментируя с микроскопичными устройствами на базе различных материалов, учёные увидели автономные колебания крошечной консоли, покрытой слоем из углеродных нанотрубок.

Поставив серию опытов, исследователи удостоверились, что колебания вправду происходят «сами собой» до того времени, пока на консоль падает свет.

Причём это мог быть и свет от лампы, и обыденный солнечный — на улице. Разобравшись с тонкостями процесса, физики сделали генератор, использующий необычное свойство этой консоли.

Материал CNF. Рядовая фото и снимок электрического микроскопа (иллюстрация Venu Kotipalli et al./Applied Physics Letters).

В базу устройства легла тончайшая плёнка из армии нанотрубок (carbon nanotube film — CNF). Конкретно она изгибается под действием света. Причём реагирует на волны как видимого, так и инфракрасного спектра (на последний — в особенности отлично).

Как консоль добивается наибольшего смещения, оно миниатюризируется, позже вновь растет. И так цикл за циклом. Без излучения перемещение исчезает.

Наблюдаемый эффект учёные назвали самостоятельным возвратно-поступательным движением (self-reciprocation). Физики молвят, что оно обосновано поглощением фотонов, также тем, что консоль обладает высочайшей электропроводностью и стремительно рассеивает приобретенное тепло в окружающую среду.

Сейчас осталось только придумать, как конвертировать эти микроскопичные колебания в ток. В качестве генератора создатели работы использовали узнаваемый более полвека пьезоэлектрический материал — цирконат титанат свинца (PZT). Эта керамика применяется в датчиках, конденсаторах, ультразвуковых излучателях и многих других изделиях. В новеньком генераторе PZT расположили меж тонкими и гибкими электродами, а сверху покрыли тем слоем CNF.

Схема прибора. Длина консоли составляет 20 мм (иллюстрация Venu Kotipalli et al./Applied Physics Letters).

Опыт с устройством размером с монетку показал: будучи освещённым с интенсивностью 0,13 Вт/см2, оно производит мощность 2,1 микроватта при разности потенциалов до 10 вольт. При всем этом Лун Цюэ со товарищи считают, что предстоящая оптимизация конструкции (а именно, понижение внутреннего сопротивления) приведёт к увеличению мощности.

Доктор Лун Цюэ (на снимке) и его коллеги поведали о своём опыте в статье в Applied Physics Letters и пресс-релизе института (фото Louisiana Tech University).

Опыты также посодействовали узнать, что консоль аналогично реагирует и на механические вибрации, и на слабенькие потоки воздуха. Выходит, что 1-го этого прибора довольно, чтоб получать энергию из нескольких источников. Так можно подпитывать, например, маленькие беспроводные датчики, мед устройства, чипы для различных систем связи и т.д..

Ранее изобретателям, мечтавшим о схожей «жатве», приходилось либо выбирать некий один путь выработки электричества (микроскопичные солнечные батареи, термоэлектрические генераторы, собиратели вибраций), либо втискивать их все в единый корпус. Это очень непростой подход. Вибрирующая консоль — очевидно проще.

Из других увлекательных работ в области маленьких генераторов можно вспомнить кремниевый нанолес (его раскачивал ультразвук) и фотоячейку, сразу обращающую в ток свет и тепло. Обе эти системы, достаточно хитро устроенные, скрещивают различные явления. Но всё равно они не претендуют на энергетическую всеядность. По сочетанию простоты и достигаемого эффекта прибор из Луизианы обошёл их все.