Набагато ефективніший. Вчені створили 3D-друкований наногенератор, який працює краще у вологому середовищі

Про це пише видання Interesting Engineering.

Зазвичай волога швидко розсіює електричний заряд: у сухому повітрі він може зберігатися хвилинами, а з появою води зникає майже миттєво. Через це ефективність трибоелектричних наногенераторів різко падає, коли вологість перевищує 60−70%.

Читайте также: Анна Скороход Муж: подробности личной жизни и карьеры

Такі генератори виробляють електрику під час контакту й розділення двох матеріалів. Їх розглядають як джерело живлення для носимих сенсорів і медичних імплантів, але залежність від вологості довго залишалася обмеженням.

Раніше дослідники намагалися захистити ці пристрої від води — робили поверхні водовідштовхувальними або герметично закривали їх. Це частково працює, але ускладнює конструкцію і погано підходить для складних 3D-структур.

Новий підхід полягає в протилежному: замість захисту від води її використовують. Для цього створюють матеріал, який активно притягує й утримує вологу, щоб вона допомагала генерувати заряд.

У дослідженні описано фотополімерну смолу, придатну для LCD 3D-друку складних форм. Її полімерна структура містить полярні групи, що зв’язують молекули води. Завдяки цьому зі зростанням вологості вихід енергії не падає, а збільшується.

Читайте также: Останні ресурси легенди. NASA вимикає наукове обладнання на Вояджері-1, щоб подовжити життя апарата

Дослідники порівняли три акрилові полімери у вигляді тонких плівок товщиною близько 200 мікрометрів. Усі вони містять групи, що добре взаємодіють із водою. Найкращі результати показав матеріал з амідними групами — його ефективність зростала навіть при 90% вологості.

Потім до складу додали сульфобетаїн метакрилат — компонент із позитивними й негативними зарядами в одній молекулі. Це підсилює поляризацію і дозволяє втягувати більше води, що покращує генерацію електрики у вологому середовищі.

Оптимальна концентрація становила 5%: пристрій досягав 45,6 мікроампера, 802 вольтів і 48,4 ват на квадратний метр при 90% вологості — приблизно вдвічі більше, ніж у попередніх рішень, і без додавання неорганічних компонентів. При 10% ефективність падала через втрати заряду.

Моделювання показало, що вода міцно зв’язується з полімером і підсилює дипольні властивості, а спектроскопія підтвердила, що вона не утворює провідних плівок. Це дозволяє пристрою працювати ефективніше зі зростанням вологості.

Читайте также: Новий клас. Вчені створюють матеріали, що тримаються разом без клею і можуть розпадатися від вібрації