Новые пьезоэлектрические наногенераторы для самозаряжаемых персональных электронных устройств
Рис. 1 Полимерная пленка поливинилиденфторида
В работе Y. Mao et al., Adv. Energy Mater, 1301624 (2014) продемонстрирован новый прототип наногенераторов на основе полимерной пленки поливинилиденфторида, обладающей пьезоэлектрическими свойствами (см. Пьезоэлектрики). Принцип работы подобных устройств довольно прост. Пьезоэлектрический материал под воздействием вибраций или изгибов преобразовывает механическую энергию в электрическую. Малый размер, а также особенная мягкость такого материала позволяет делать это довольно эффективно на нанометровых масштабах.
В настоящее время существует много различных наногенераторов, работающих на основе пьезоэффекта (см. ссылки в работе). По мнению авторов преимущества их образца для практических целей заключаются в том, что можно легко изменять его размеры и интегрировать в различные электронные устройства. Используемая полимерная пленка похожа на губку и представлена на рисунке 1. Схема эксперимента, проведенного в работе, представлена на рисунке 2. С двух сторон на полимерную пленку крепятся электроды (медная фольга). Пленка с электродами устанавливается на поверхность, по которой и будут распространяться вибрации. Сверху на пленку с электродами помещается мобильный телефон, который в данном эксперименте играет роль массы, усиливающей колебания пленки. Показано, что напряжение за счет вибраций на поверхности может достигать в такой схеме 3,7 В (для сравнения напряжение питания USB-порта 5 В). Этого хватило, чтобы включить телефон с установленной аккумуляторной батареей (видео прилагается в дополнительных материалах к статье). Следует отметить, что пока необходимая частота генератора колебаний довольно большая (около 40 Гц), чтобы применять подобное устройство для зарядки телефона от вибраций, например, в автомобиле.
Рис. 2 Схема проведенного эксперимента