- Источник:
- Tero Vesalainen / Alamy
Долгие телефонные разговоры и какофония улиц мегаполиса могут стать источником энергии для наших гаджетов в ближайшем будущем. Ученые из Таганрога разрабатывают генераторы на основе углеродных нанотрубок с добавлением азота, которые смогут подзаряжать телефоны, электронные часы, наушники и многое другое из носимой электроники без подключения к розетке. Исследователи подобрали наиболее подходящий, не токсичный и эффективный материал для реализации идеи, которую давно пытаются воплотить ученые в разных странах.
Вскоре после открытия углеродных нанотрубок (УНТ) в 1991 году выяснилось, что не так просто вырастить их без дефектов. Сегодня снова обратили внимание на несовершенные УНТ, чтобы использовать в конденсаторах, тепловых элементах, батарейках. Для этого в состав добавляют гетероатомы азота, кислорода, бора.
В то же время идет активный поиск способов создания автономных источников питания для персональной электроники, которые не нужно подключать к розетке или аккумулятору.
Команда из Института нанотехнологий, электроники и приборостроения Южного федерального университета предложила делать такие устройства на основе наногенераторов, которые преобразуют вибрации и деформации движения, городского шума, человеческих разговоров в электроэнергию, то есть с помощью пьезоэлектрического эффекта.
«Идея по разработке таких наногенераторов (…) была заложена в 2006 году. С тех пор идет поиск подходящего материала для ее реализации», — рассказывает руководитель исследования Марина Ильина.
«Классические пьезокерамические структуры не подходят, так как хрупкие и, как правило, токсичны из-за наличия свинца в составе, а пьезоэлектрические полупроводниковые наноструктуры (оксид цинка, нитрид галлия) обладают недостаточно высоким значением пьезоэлектрического модуля для эффективного преобразования энергии».
Российские ученые в новом предложили в качестве материала легированные азотом углеродные нанотрубки. Специалисты рассмотрели различные параметры УНТ, чтобы установить, какие показатели длины, диаметра, модуля Юнга будут самыми эффективными. Оказалось, что при небольшом значении отношения длины к диаметру (7 к 30) пьезоэлектрические свойства увеличиваются.
Также выяснилось, что добавление азота увеличивает механические и пьезоэлектрические параметры, что приводит к росту генерируемого тока. По выводам авторов исследования, N-УНТ — превосходный кандидат для высокоэффективных наногенераторов.
Сочетание свойств материала позволяет рассчитывать, что самозаряжающиеся от городского шума гаджеты станут реальностью не в таком уж далеком технологическом будущем.
