Вмонтированный непосредственно в корпус мобильного телефона, наногенератор команды мог собирать и преобразовывать энергию вибрации с поверхности, такой как пассажирское сиденье движущегося транспортного средства, в энергию для телефона. «Мы считаем, что эта разработка может стать новым решением для создания самозарядной персональной электроники», — говорит Сюйдун Ван, доцент кафедры материаловедения и инженерии Университета Висконсин-Мэдисон.Ван, его доктор философии.
Студент Янчао Мао и его сотрудники из Университета Сунь Ятсена в Китае и Университета Миннесоты в Дулуте описали свое устройство, мезопористый пьезоэлектрический наногенератор, в выпуске журнала Advanced Energy Materials от 27 января 2014 года.В наногенераторе используется обычный пьезоэлектрический полимерный материал, называемый поливинилиденфторидом или PVDF. Пьезоэлектрические материалы могут генерировать электричество под действием механической силы; наоборот, они также могут создавать механическую деформацию от приложенного электрического поля.
Вместо того, чтобы полагаться на деформацию или электрическое поле, исследователи включили наночастицы оксида цинка в тонкую пленку PVDF, чтобы вызвать образование пьезоэлектрической фазы, которая позволяет собирать энергию вибрации. Затем они вытравили наночастицы с пленки; образовавшиеся взаимосвязанные поры, называемые «мезопорами» из-за их размера, заставляют жесткий материал в остальном вести себя как губка.
Этот похожий на губку материал является ключом к сбору энергии вибрации. «Чем мягче материал, тем он более чувствителен к небольшим вибрациям», — говорит Ван.Сам наногенератор включает в себя тонкие электродные листы на передней и задней части мезопористой полимерной пленки, и исследователи могут легко прикрепить эту мягкую гибкую пленку к плоским, шероховатым или извилистым поверхностям, включая человеческую кожу. В случае сотового телефона он использует собственный вес телефона, чтобы увеличить его смещение и усилить электрическую мощность.Наногенератор может стать неотъемлемой частью электронного устройства — например, в качестве его задней панели или корпуса — и автоматически собирать энергию от вибраций окружающей среды для непосредственного питания устройства.
Ван говорит, что простота процесса проектирования и изготовления его команды может хорошо масштабироваться для более крупных производственных условий. «Мы можем создавать настраиваемые механические свойства пленки», — говорит он. «Также важен дизайн устройства. Поскольку мы можем реализовать эту конструкцию, могут стать возможными корпуса с питанием от телефона или сенсорные системы с автономным питанием».