Товарищам ученым ну никак не дает покоя идея "умной одежды". Итого, примерно пятая публикация на одну и ту же тему (но свежая).
С развитием технологий человечество расходует все меньше энергии понапрасну. Задумывались ли Вы когда-нибудь о том, что энергия, выделяемая в результате ваших повседневных, казалось бы малозначительных движений, может, подзарядить Ваш плеер, спокойно томящийся в кармане? Или как бы Вы отнеслись к наручным часам, подзаряжающимся лишь благодаря возбуждению, передаваемому Вашим сердцебиением? Фантастика скажите Вы, но коллектив исследователей из стэндфордского университета попытался сделать мечту реальностью.
Как ни трудно догадаться, в основе предложенного американскими исследователями наногенератора лежит пьезоэффект, заключающийся в поляризации диэлектрика под действием внешних механических напряжений. Подавляющее большинство таких устройств построено из нанонитей, нановолокон или нанотрубок таких соединений как оксид цинка, титанат-цирконат свинца и титанат бария, обладающих наиболее высокими пьезоэлектрическими константами. Однако основной трудностью, с которой приходилось сталкиваться ученым ранее, было недостаточное выходное напряжение таких миниатюрных наногенераторов, вызванное невозможностью получать нанонити длиной более 50 мкм и диаметром менее 100 нм.
В качестве объекта исследования ученые выбрали титанат-цирконат свинца (PZT), благодаря его высокому пьезоэлектрическому напряжению и высокой диэлектрической проницаемости. Объемный PZT, впрочем, как и тонкие пленки вкупе с микроволокнами являются довольно хрупким материалом, что сводит на нет его практическое применение. Однако нанонити PZT, полученные методом электроспинига, обладают достаточной механической гибкостью и прочностью. Варьируя концентрацию поливинилпирролидона в золь-гель растворе PZT, исследователям удалось получить нанонити диаметром 60 нм, которые были нанесены на массив платиновых проводов, в свою очередь, собранных на кремниевой подложке. После нанесения нанонити были обрезаны, для чего на них было подано удельное напряжение 4В/мкм при температуре выше 1400 в течение 24 часов. В довершение, пьезогенератор был инкапсулирован полидиметилсилоксаном.
В ходе испытаний пьезогенератора при его нагружении тефлоновым бруском, исследователям удалось получить максимальное напряжение 1.6 В, соответствующее напряжению пальчиковой батарейки, что является уже вполне приемлимым значением для промышленного применения. Последнему способствует также гибкость в выборе материала подложки и материала для инкапсуляции, позволяющая добиться необходимых механических свойств для каждого конкретного случая.
