Исследователи из частного Политехнического института Ренсселера (RPI), расположенного в городе Трой, штат Нью-Йорк, разработали полимерную пленку, которая вырабатывает электрический ток при каждом нажатии, сдавливании или растяжении. “Ее можно использовать под шоссе для выработки электроэнергии, когда по ними проезжают автомобили. Она также может быть использована в строительных материалах, вырабатывая электричество, когда здания вибрируют”, - указал Никхил Кораткар, один из исследователей и профессор RPI в пресс-релизе Института.
Более того, по словам исследователей, с помощью пленки можно было бы генерировать электрический ток даже при таких движениях тела, как хлопки в ладоши, ходьба, танцы, постукивание и бег. Все это возможно благодаря ее способности использовать пьезоэлектрический эффект.
“Пьезоэлектрические материалы обладают потенциалом для получения обильной и возобновляемой энергии, связанной с механическими вибрациями. Однако наиболее эффективные пьезоэлектрические материалы обычно содержат свинец, который является канцерогеном”, - отмечают исследователи. Поскольку наиболее эффективные пьезоэлектрические материалы содержат свинец, их нельзя использовать в медицинских приборах, датчиках состояния тела и во многих других областях применения. “Свинец токсичен, и его использование в материалах и устройствах все чаще ограничивается и постепенно выводится из употребления”, - пояснил Никхил Кораткар.
Именно здесь исследователи из Политехнического института Ренсселера предлагают использовать разработанную ими пленку. Она состоит из специального халькогенидного перовскита — материалов, которые имеют кристаллическую структуру перовскита и содержат халькогенные элементы (такие как сера). Эти материалы также используются в солнечных батареях и других электронных устройствах благодаря их превосходным свойствам поглощения света, что делает их ценными для использования в энергетике.
Помимо кристаллов перовскита на основе серы, пленка толщиной 0,3 мм также содержит барий и цирконий. Однако она не содержит свинца, что делает ее пригодным пьезоэлектрическим материалом для широкого спектра применений, включая медицинские устройства и датчики.
“По сути, материал преобразует механическую энергию в электрическую без использования каких-либо токсичных материалов. Чем больше приложенная нагрузка и чем больше площадь поверхности, на которую оказывается давление, тем сильнее эффект”, - пояснил Кораткар.
По заявлениям ученых из Политехнического института Ренсселера, эта нетоксичная пленка может снизить нашу зависимость от аккумуляторов и ископаемого топлива, облегчив переход на экологически чистую энергию. Например, автомобили заряжают пленку энергией во время движения, а светофоры получают энергию от людей, идущих по дороге.
Пленка представляет собой не что иное, как набор частиц сульфида бария-циркония (BaZrS3), смешанных и заключенных в полимер под названием поликапролактон (PCL). Чтобы проверить, действительно ли она может генерировать электрический ток, исследователи провели несколько интересных экспериментов. Они оказывали на пленку давление различной величины движениями рук и тела и измеряли выходное напряжение. “При обычной ходьбе, беге трусцой результирующее максимальное напряжение постоянного тока составляло ~ 21,2, ~ 40,4 и ~72 В, в то время как при сгибании локтей, хлопках в ладоши и постукивании ладонями оно составляло ~5,3, ~10,4 и ~19,8 В соответственно”, - отмечают исследователи в своем исследовании.
Они использовали этот ток для питания светодиодной платы, успешно продемонстрировав, что их нетоксичная пленка действительно может вырабатывать электрический ток при механическом воздействии. “Эти тесты показывают, что эта технология может быть полезна, например, в устройстве, которое носят бегуны или байкеры и которое подсвечивает их обувь или шлемы, делает их более заметными, - сказал Кораткар. - Однако это всего лишь подтверждение концепции, поскольку мы хотели бы, чтобы в конечном итоге этот материал был реализован в масштабах, где он действительно может повлиять на производство энергии”, - добавил он.
Результаты указанного исследования опубликованы в журнале Nature Communications.
