В Таганроге научились превращать шум и вибрации в электричество

Прототип наногенератора. Фото с ВК странички ПИШ ЮФУ

Изучая свойства наотрубок, ученые таганрогской Передовой инженерной школы (ПИШ) ЮФУ случайно обнаружили, что под действием любой вибрации, будь то звуковые волны или движение, нанотрубки способны накапливать заряд и передавать его. Спустя почти 15 лет после этого открытия таганрожцы изготовили работающий прототип наногенератора размером 5 на 5 мм и сумели преобразовать вибрации, шум и движения тела в электрическую энергию, сообщила пресс-служба ПИШ ЮФУ.

По словам доктора физико-математических наук, профессора дивизиона «Электроника» Передовой инженерной школы ЮФУ Марины Ильиной, это первый шаг к созданию автономных источников питания.

Макет представляет собой твердую подложку кремния размером 5х5 мм с нанесённым нижним электродом, на которой выращен массив вертикально ориентированных углеродных нанотрубок. Над их вершинами закрепляется верхний профилированный электрод.

Внешние вибрации вызывают деформацию нанотрубок, они накапливают заряд, и на измерительном стенде фиксируется выходной сигнал с электродов.

«Если мы помещаем массив трубок в вибрационный шум, допустим, на двое суток, то потом эти же двое суток массив без дополнительного внешнего воздействия генерирует ток величиной десятки наноампер при нагрузке мегаомы. В дальнейшем, путем последовательного соединения нескольких таких наногенераторов можно повысить мощность источника питания до величины, достаточной для зарядки электронных часов», — спрогнозировали учёные.

По словам Ильиной, пьезоэлектрические свойства нанотрубок были выявлены случайно в 2011 году при исследовании электрических параметров отдельных углеродных нанотрубок.

«Нам часто говорили, что этого не может быть, но реальность показала обратное. Первые исследования провели в 2011 году, первая статья по гистерезису и аномальному поведению электрических параметров у нас вышла в 2012 году, и лишь спустя шесть лет мы доказали наши предположения научному сообществу», – отметила Марина Ильина.

Сейчас наногенераторы, созданные в Таганроге, могут преобразовывать энергию движения человека (в результате моргания и сокращения мышц) в энергию для питания носимой электроники и устройств отслеживания состояния человека в медицинских целях. Также учёные создали макеты для преобразования энергии окружающей среды (городского шума, вибраций и движений тела человека).

Перспективы разработки очень широкие: от биомедицинских применений до автономных систем, в частности, питания нейроморфных плат. Технология позволяет повысить энергоэффективность и значительно уменьшить габариты и вес источников питания. Те мощности, которые будут потреблять платы нейроморфной электроники, сопоставимы с теми мощностями наногенераторов, которые сейчас наблюдаются. В перспективе возможно создание такой системы, которая будет автономно питаться без дополнительного источника питания в виде литий-ионной батареи или каких-то конденсаторов, загрязняющих окружающую среду.

Ранее в Таганроге придумали устройство, которое делает из любительского телескопа профессиональную технику.