Шатающаяся консоль вырабатывает ток из света
Новое устройство может превращать в электричество солнечный свет, тепло, вибрации и даже дуновения ветерка. Проекты таких интегрированных "сборщиков" даровой энергии мы видели не раз. Но новичок выделяется на их фоне: все указанные источники без запинки переваривает одна и та же деталь. Она заменяет несколько генераторов разного типа.
Авторы изобретения — доктор Лун Цюэ (Long Que) и его команда из технологического университета Луизианы (
Поставив серию опытов, исследователи убедились, что колебания действительно происходят "сами собой" до тех пор, пока на консоль падает свет. Причём это мог быть как свет от лампы, так и обычный солнечный — на улице. Разобравшись с тонкостями процесса, физики создали генератор, использующий удивительное свойство этой консоли.
В основу устройства легла тончайшая плёнка из армии нанотрубок (carbon nanotube film — CNF). Именно она изгибается под действием света. Причём реагирует на волны как видимого, так и инфракрасного диапазона (на последний — особенно хорошо).
Как только консоль достигает максимального смещения, оно уменьшается, потом вновь возрастает. И так цикл за циклом. Без излучения перемещение исчезает.
Наблюдаемый эффект учёные окрестили самостоятельным возвратно-поступательным движением (self-reciprocation). Физики говорят, что оно обусловлено поглощением фотонов, а также тем, что консоль обладает высокой электропроводностью и быстро рассеивает полученное тепло в окружающую среду.
Теперь осталось только придумать, как преобразовать эти микроскопические колебания в ток. В качестве генератора авторы работы использовали известный более полувека пьезоэлектрический материал — цирконат титанат свинца (
Опыт с устройством, размером с монетку, показал: будучи освещённым с интенсивностью 0,13 Вт/см2, оно вырабатывает мощность 2,1 микроватта при разности потенциалов до 10 вольт. При этом Лун Цюэ со товарищи полагают, что дальнейшая оптимизация конструкции (в частности, снижение внутреннего сопротивления) приведёт к повышению мощности.
Эксперименты также помогли выяснить, что консоль аналогично реагирует и на механические вибрации, и на слабые потоки воздуха. Получается, что одного этого прибора достаточно, чтобы получать энергию из нескольких источников. Так можно подпитывать, к примеру, миниатюрные беспроводные датчики, медицинские устройства, чипы для разных систем связи и так далее.
Ранее изобретателям, мечтавшим о подобной "жатве", приходилось или выбирать какой-то один путь выработки электричества (микроскопические солнечные батареи, термоэлектрические генераторы, сборщики вибраций) или втискивать их все в единый корпус. Это слишком сложный подход. Вибрирующая консоль — явно проще.
Из других интересных работ в области миниатюрных генераторов можно вспомнить кремниевый нанолес (его раскачивал ультразвук) и фотоячейку, одновременно обращающую в ток свет и тепло. Обе эти системы, довольно хитро устроенные, скрещивают разные явления. Но всё равно они не претендуют на энергетическую всеядность. По сочетанию простоты и достигаемого эффекта прибор из Луизианы обошёл их все.