Loading

Минигенератор на воде: как влага приводит в движение пластик

Создано 15.01.2013 19:04
Автор: Евгений

Минигенератор на воде: как влага приводит в движение пластик

Работая над получением похожего на пластик материала для электродов, химик Мингминг Ма заметил, что его материал ведет себя странно. Когда он положил кусочек на руку, полимер самостоятельно свернулся и начал ползти по ладони. «Я положил его на руку, а он изогнулся и, можно сказать, начал путешествие по ладони, - рассказывает Ма. – Я решил узнать причину явления и выяснить механизм движения».

Вскоре Мингминг понял, что влага на его ладони привела в движение материал, представляющий собой пленку из двух различных типов полимеров, т.е. химических веществ, полученных из повторяющихся единиц одной и той же молекулы. В результате дальнейших исследований Ма и его коллегам удалось получить маленький кусочек полимерного материала, который безостановочно сворачивается, ползет и подпрыгивает на любой поверхности с уровнем влажности выше, чем в атмосфере. Кроме того, ученые подключили кусочки полимера к системе, накапливающей крошечные объемы электричества от движений материала.

Независимые исследователи назвали изобретение «маленьким роботом» и отметили, что из-за самостоятельного движения материал кажется живым.

В будущем искусственные материалы, как это неординарное изобретение Мингминг Ма, смогут обеспечивать электричеством простейшие датчики, не требующие много энергии. Вставки в одежде, питаемые влагой, смогут обеспечивать электричеством вшитые устройства. Например, Ма предложил такой вариант: спортивный костюм со встроенными датчиками сердечного ритма, питаемые испаряющимся потом человека.

Однако до того как посетители спортзалов смогут использовать собственный пот для своей же пользы, исследователям еще следует поработать над оптимизацией самодвижущихся полимеров. Чтобы сделать материал полезным, Мингминг сосредоточит основные усилия на получении достаточных объемов электричества.

Крепкий, но податливый

Ученые под руководством Ма не являются пионерами. Науке уже известно, что под воздействием влаги некоторые материалы изменяют форму и двигаются. Существуют даже игрушки в форме рыбки, которые начинают извиваться после впитывания молекул влаги с руки ребенка. Мингминг и его коллеги работали над получением материала, способного производить более резкие движения, такие как подпрыгивания, чтобы сгенерировать больше электричества.

Исследователи соединили два разных типа полимеров, чтобы получить материал с определенным сочетанием мягкости и жесткости для изгибания и подпрыгивания. Получившийся материал обладает микроскопической структурой, напоминающей слой дермы сразу под верхним слоем кожи человека, который также сочетает в себе толстые и жесткие волокна с более тонкими и гибкими тканями.

Еще больше энергии

Для превращения механической энергии полимера, а именно его движений и прыжков, в электричество ученые добавили в самодвижущийся полимер слой общедоступной пьезоэлектрической пленки. Такие материалы производят электричество при изгибании или другом воздействии.

Однако полученный уровень преобразования оказался низким: менее 0,01 процента механической энергии полимера превращалось в электричество. 5-сантиметровый кусочек материала произвел лишь 5,6 нановатт – 0, 0000000056 ватт энергии. Это довольно близко к сенсорам со сверхнизким энергопотреблением, таким как датчики для определения температуры или влажности, использующим менее 1 микроватта (1 000 нановатт) энергии, отмечает Мингминг Ма. Но для применения в других сферах необходимо повысить производительность. Даже шагомер требует около 10 микроватт энергии.

Ма считает, что в результате 5-10 лет непрерывной работы удастся получить маленькие автономные генераторы, которые будут использоваться в устройствах вне лаборатории. И ученый уже задумывается над следующими этапами работы – получением собственного пьезоэлектрического материала с повышенным уровнем преобразования. Кроме того, он готов испробовать более крупные варианты самодвижущейся пленки, например, размером со стол или даже больше. Ученый не сомневается, что такие крупные куски материала произведут больше электричества.

Источник: MNN

Комментарии: