Со времен древних греков человечество знает, что при соприкосновении двух предметов образуется небольшое количество электричества. Например, мы можем потереть воздушный шарик волосами и выработать достаточно электричества, чтобы приклеить его к потолку.
Этот же принцип был применен в нашем новом исследовании, опубликованном в журнале Small, в котором было обнаружено, как произвести оптимальную генерацию энергии между очень маленькими слоями волокон в материале.
Каждое из этих крошечных волокон примерно в 100 раз тоньше человеческого волоса. Они состоят из полимеров, представляющих собой повторяющиеся цепочки одинаковых звеньев. В данном случае мы использовали полимеры этиленвинилацетата, который, помимо прочего, придает беговой обуви «пружинистость», и полимолочной кислоты, которая, как оказалось, происходит из той же кислоты, которая вызывает мышечные спазмы после физических упражнений.
Мы чередовали эти два различных типа волокон в слоях очень специфическим образом, чтобы сделать «ламинаты». Эти ламинаты состоят из множества слоев микроскопических волокон, и каждый ламинат состоит из десятков тысяч волокон.
Там, где происходит какое-либо движение между слоями волокон, в результате трения между каждым слоем вырабатывается электричество.
Мы изменили размер и текстуру этих слоев волокон и упорядочили их очень специфическим образом, чтобы оптимизировать трение и электризацию контактов и, в конечном счете, генерировать максимальный заряд.
Наше исследование показало, что, используя такое упорядочивание, мы можем получить от движения примерно в 400 раз больше электричества, чем было возможно из этих материалов ранее. Поскольку мы всегда можем внедрить больше интерфейсов, используя более тонкие волокна, этот тип генерации энергии очень масштабируем.
Это имеет захватывающее потенциальное применение там, где много движения, но сейчас это возможно только в очень малых масштабах — например, использование движения человека для питания смарт-часов или подзарядки имплантируемых устройств, таких как кардиостимулятор.
В области биомедицины существует возможность улавливать энергию крови, текущей по артерии или вене, чтобы, например, дольше поддерживать работу инсулинового насоса.
Эта возможность также очень эффективна в области зондирования, особенно если есть необходимость измерять очень малые колебания окружающей среды, например, отслеживать незначительную сейсмическую активность или изменения в потоке воды, или питать датчики в отдаленных местах, куда не попадает много солнца.
В таких случаях невозможно использовать солнечные батареи или легко заменить аккумулятор. Возможность собирать энергию просто от колебаний земли для поддержания работы Интернета и других критически важных объектов инфраструктуры имеет значительный потенциал.