Носимые устройства на базе нанотехнологий, которые используют энергию человека
Москва, 09:35, 25 Фев 2020, редакция FTimes.ru, автор Сергей Кузнецов.
Организм человека вырабатывает огромное количество энергии. Теперь исследователи ищут различные способы сбора и переработки этой энергии для питания наших электронных устройств.
От мобильных телефонов до умных часов — портативная и носимая электроника стала повседневным аксессуаром во всем мире. Одна из самых больших проблем для этих устройств — быть максимально легкими, но компромиссом становится необходимость их перезарядки, иногда несколько раз в день.
Для тех, у кого в тело имплантированы медицинские электронные устройства (и это число быстро растет), бремя замены батарей — задача не из легких. Например, кардиостимулятор должен удаляться каждые 10 лет хирургическим путем для замены батареи.
С другой стороны, человеческий организм может производить огромное количество энергии в течение обычного дня. По мере развития нашего общества, исследования ищут различные способы улавливания, повторного использования и переработки этой энергии.
Способы сбора энергии
Одним из возможных способов сбора энергии движения является пьезоэлектричество.
Это явление происходит, когда некоторые твердые материалы, такие как кристаллы, определенная керамика, и биологические вещества, такие как кости, ДНК и различные белки, генерируют электричество в ответ на приложенное механическое усилие, которое может быть таким же базовым, как ходьба.
Пьезоэлектрические материалы известны давно, хотя традиционно они изготавливаются из твердых и хрупких материалов и отлично подходят для того, чтобы находиться внутри динамика мобильного телефона, но не настолько хороши, чтобы сгибаться вместе с кожей человека, когда он ходит.
Напротив, полимеры, определяемые как материалы из длинных, повторяющихся цепочек молекул, могут быть гибкими, легкими и соответствовать форме кожи. Эти материалы занимают 65 процентов мирового рынка одежды.
Используя пьезоэлектрические полимеры, можно улавливать энергию человеческого движения, продлевая срок службы нашей электроники между перезарядками, что приводит к меньшим и более легким электронным устройствам.
Нанотехнологии
Некоторые пьезоэлектрические полимеры были разработаны, но до недавнего времени они требовали напряженной и высокоэнергетической стадии предварительной полировки для эффективной работы.
Недавняя работа, являющаяся результатом сотрудничества исследовательской группы Ellis в Мельбурнском университете, Квинслендском университете и Резервном банке Австралии, опубликованная в журнале Energy & Environmental Science, показывает 3D-печать полимера, содержащего небольшое количество наноразмерных проводов. Эти углеродные нанотрубки могут улавливать энергию в 24 раза более эффективно, без необходимости процесса полировки.
Исследование показало, что добавление крошечного количества углеродных нанотрубок, всего лишь в 1: 5000 от веса полимера, может контролировать ориентацию диполя на наноскопическом уровне.
Область применения
В сочетании с быстрым прогрессом в 3D-печати этот технологический прорыв дает возможность производить пьезоэлектрические полимерные сборщики энергии по гораздо более низкой цене для индивидуального пользователя.
Затем их можно использовать для питания портативной электроники, такой как ваш смартфон, умные часы, датчики крови или глюкозы, а также для имплантируемых технологий, таких как кардиостимулятор.
Для таких устройств, как кардиостимулятор, это означает, что полимеры могут обеспечивать непрерывный заряд батареи, увеличивая срок ее службы и уменьшая потребность в операции на открытом сердце.
Как только срок службы устройства истечет, пьезоэлектрический полимер можно полностью обновить, просто растворив и перепечатав в новое устройство.
