Исследователи смогли задействовать вибрацию для питания малых устройств

Всё, начиная с промышленного оборудования и заканчивая человеческим организмом, теряет часть энергии на нагреве и вибрации. Её «повторное» использование довольно ограничено, т.к. небольшие перепады температуры и малые перемещения трудно преобразовать в значительный объём полезной энергии. Но даже неэффективное преобразование может оказаться достаточным для обеспечения работы небольших энергоэффективных устройств, таких как медицинские имплантанты и передатчики с малой зоной действия, поэтому исследователи ведут работы над материалами, которые смогли бы преобразовать окружающий шум в небольшой электрический поток. Одно из последних достижений, продемонстрированных учёными, позволяет штамповать био-совместимые устройства, генерирующие до 10 миллиампер тока во время сгиба.

Изобретение использует пьезоэлектрический эффект: большое количество кристаллов при деформации создаёт малый ток. В список доступных деформаций входят: колебания, избиг, скручивания. В большинстве случаев для использования таких явлений достаточно небольшой печатной платы. Одного типа движения может быть недостаточно, но совместными усилиями, да ещё и с эффективным аккумулятором или конденсатором, они способны обеспечить энергией устройства, активирующиеся периодически. В лаборатории уже взялись за работу над новым проектом, в рамках которого планируется запитать и постояннодействующие элементы, например, светодиоды.

Одного лёгкого сдавливания пальцами достаточно для работы ЖК-дисплея

В процессе исследований учёные столкнулись с рядом препятствий. Например, в достаточно крупных генераторах кристаллы имеют свойство саморазрушения при обычном изгибе. Нужный эффект удалось достичь лишь при использовании очень тонких слоёв – порядка десятков микрометров. Кроме того, при разработке нельзя было использовать материалы, обладающие токсичностью. Особенно это актуально при разработке устройств, имеющих отношение к медицине. Одним из биосовместимых материалов оказался титанат бария (BaTiO3), который обладает отличным пьезоэлектрическим свойством. Но, пожалуй, более важным достижением является возможность печатать большее количество пьезокристаллов на гибкой подложке.

Другой тип генераторов энергии использует гибкие проводки. Каждый из них способен выдавать около 10 наноампер при разности потенциалов в 1/3 вольта. Удельная мощность составляет около 7 мВт на кубический сантиметр, что является довольно хорошим результатом.

Разумеется, запитать таким образом современный электромобиль не получится, но для устройств, работающих в импульсном режиме этого достаточно. Исследователи планируют использовать энергию из разных источников. Например, из ботинков или грудного дыхания.

Авторы проекта говорят, что существуют материалы вроде титаната бария, обладающие ещё более эффективными пьезоэлектрическими свойствами, т.ч. их изобретению ещё есть куда развиваться. Работа ведётся. Не исключено, что гибкие устройства найдут реальное применение уже в недалёком будущем.