Американские ученые изобрели микрогенератор

Совместными усилиями ученых Технологического института (штат Джорджия) и Колумбийского Университета был изобретен микрогенератор. Его толщина сравнима с толщиной материала, состоящего из атомов, расположенных в один слой. С подробностями о данном изобретении можно ознакомиться в научном издании Nature.

Практическое применение (по мнению ученых) будет основано на использовании энергии, вырабатываемой веществом, во время его растягивания и сжатия. Такой материал можно интегрировать в волокна одежды, в подкладку которой вшиваются нательные датчики. От них энергия будет передаваться к кардиостимулятору, мобильному телефону или другому электронному гаджету.

Микрогенератор работает по принципу пьезоэлемента, производящего электроэнергию при сжатии и растяжении материала. Такое свойство пьезоэлектричества уже используется при создании напольных покрытий, генерирующих электрическую энергию во время хождения по ним.

Демонстрация возможностей микрогенератора производилась с помощью материала, созданного из двумерного дисульфида молибдена (химическая формула – MoS2), обладающего описанными свойствами. Дисульфид молибдена был нанесен тончайшим слоем (в один ряд атомов) на пластиковую гибкую пластину. При этом использовались оптическое оборудование высокого разрешения: с его помощью удалось правильно выстроить кристаллическую решетку вещества, обладающего требуемыми характеристиками только при определенной ориентации атомных слоев. Структура MoS2 напрямую влияет на проявление пьезоэлектрического эффекта: необходимо, чтобы количество слоев атомов было нечетным. При четном количестве слоев происходит самокомпенсация (вещество становится электрически нейтральным). Электроды, полученные из дисульфида молибдена, разделяют на тонкие «хлопья», которые при деформации производят электроэнергию.

В ходе эксперимента было замечено, что напряжение на выходе зависит от того, в какую сторону изгибается материал. Также установили зависимость проявления пьезоэлектрических свойств от толщины материала: электроэнергия вырабатывается при толщине в один атом. Объясняется этот эффект тем, что соседние слои MoS2 обладают разноименной заряженностью, в результате чего вещество становится нейтральным.

Как показал эксперимент, одна пластина из вещества способна производить напряжение до 5 мВ силой тока до 20 пА. В электрическую энергию может быть преобразовано около 5% механической.

Такиемикрогенераторы можно использовать для обеспечения электроэнергией автономных минисистем, используемых в различных сферах науки и техники.