ПОДПИСИ: Расс Нельсон

Исследовательская группа из Университета Алабамы в Хантсвилле (UAH) опубликовала новую статью в Американском химическом обществе Omega, в которой демонстрируется, что недорогая купленная в магазине лента может быть использована для создания трибоэлектрического наногенератора (TENG), способного собирать электрическую энергию из различных источников, включая движение человека и условия окружающей среды, для питания небольших устройств, таких как носимые биосенсоры. ТЭНГ преобразуют механическую энергию, такую как трение или движение, в электричество с помощью трибоэлектрического эффекта, явления, которое включает в себя передачу заряда между двумя материалами, находящимися в контакте друг с другом, путем генерации напряжения при разделении материалов.

Последний прорыв, возглавляемый доктором Мунхён Чангом, научным сотрудником UAH, входящего в систему Университета Алабамы, и доктором Ган Вангом, доцентом Инженерного колледжа, основан на более ранних исследованиях команды. В предыдущем исследовании команда сложила слои двустороннего скотча, пластиковой пленки и алюминия, чтобы сформировать эффективный и недорогой TENG. Когда слои ленты были спрессованы вместе и разъединены, было собрано небольшое количество электроэнергии. Но липкость ленты оказалась проблематичной, так как для отделения слоев требовалось большое усилие. 

Для усовершенствованного TENG исследователи заменили двустороннюю ленту слоями более толстой односторонней ленты, где энергия вырабатывается за счет взаимодействия между полипропиленовой основой ленты и акриловым адгезивным слоем. Гладкие поверхности легко прилипают и отклеиваются друг от друга, что позволяет быстро подключать и отключать новый TENG, вырабатывая больше энергии за более короткий промежуток времени, чем раньше. Это стало возможным благодаря размещению TENG на вибрационной пластине, которая раздвигала слои ленты, вырабатывая электричество, когда они соприкасались и неоднократно разделялись.

«Я хотел попробовать разные типы скотча™, чтобы понять, будут ли они обеспечивать сопоставимую мощность с двусторонним скотчом», — объясняет Чан. «Попробовав различные комбинации, мы смогли генерировать еще большую мощность. Кроме того, поскольку контакт и разделение происходят только на гладких поверхностях с новым TENG, нам больше не нужно беспокоиться о липких поверхностях двустороннего скотча. Поэтому он может работать на очень высоких частотах, вплоть до 300 Гц».

Новое устройство выдает максимальную мощность в 53 милливатта, чего достаточно для зажигания 350 светодиодных фонарей, а также лазерной указки. Команда также включила улучшенный TENG в два датчика: акустический датчик для звуковых волн и автономный носимый биосенсор для обнаружения движений рук, которые приводят к таким вещам, как устройства, измеряющие активацию мышц человека, чтобы потенциально предотвратить травмы и улучшить спортивные результаты.

Проект был частично поддержан Инновационным фондом Charger при УАН, а также усилиями ряда преподавателей и студентов УАН. «Д-ру Вангу и мне очень помог д-р Абделькадер Френди, профессор механики и аэрокосмической промышленности (MAE) и эксперт в области акустических исследований; доктор Райан Коннерс, заведующий кафедрой кинезиологии и доцент кафедры кинезиологии и эксперт по физиологии упражнений; Доктор Ю Лэй, заведующий кафедрой и доцент кафедры химической инженерии, и Шон Рэббитт, студент бакалавриата MAE и системный инженер Lockheed, который помог разработать конструкцию вибрационного накопителя энергии».

Заглядывая в будущее, команда UAH уже наметила план для устройств TENG.

«Мы продолжим наши исследования с различными приложениями и конструкциями. Мы представили раскрытие информации о сборе энергии и носимых биосенсорах. Заявка на патент будет подана в ближайшее время», — добавляет Чан. «Мы также работаем над раскрытием информации о звуковом датчике. Одной из самых больших проблем с устройствами TENG является их низкая рабочая частота (<5 Гц). Наша конструкция демонстрирует работу с частотой до 300 Гц, что является значительным улучшением по сравнению с существующими конструкциями. Кроме того, производство большего количества энергии из окружающей среды приведет к более широкому спектру применений. В настоящее время TENG полезен только для сенсорных приложений. Если бы он мог производить больше энергии, он мог бы быть полезен для других вещей, таких как зарядка аккумуляторов».