Подумайте, сколько мы двигаемся каждый день. Шаги, прыжки, бег, даже сердцебиение. Что, если бы мы могли превратить все это движение в чистую энергию? Это обещание новых пьезоэлектрических материалов, разработанных исследователями из Rensselaer Polytechnic Institute (RPI). Эти инновационные полимеры способны генерировать электричество при сжатии или воздействии вибрации, открывая возможности, которые до вчерашнего дня казались чистым воображением.
Шины и дороги, которые заряжают электромобили, когда они проезжают мимо, здания, которые производят энергию, раскачиваясь на ветру, одежда, которая питает наши устройства, когда мы идем: эти пьезоэлектрические материалы (и вообще все технологии) обещают изменить наши отношения с энергией, сделав нас всех, бессознательно, маленькими ходячими генераторами.
Маленькая большая эврика
Исследователи из Политехнического института Ренсселера создали тонкую полимерную пленку из соединения под названием перовскит халькогенид, способный генерировать электричество при сжатии или воздействии вибрации. Это явление известно как пьезоэлектрический эффект.
Особенность этого нового материала заключается в его бессвинцовый состав, что сделало бы его безопасной и экологически чистой альтернативой традиционным пьезоэлектрическим материалам. Доктор Нихил Кораткар, который руководил исследованием (Я связываю это здесь), подчеркнул важность создания материала, который был бы не только экологически чистым, но и экономичным в производстве с использованием обычных элементов, встречающихся в природе.
Как работают новые пьезоэлектрические материалы
Материал разработан командой RPI Его толщина составляет всего 0,3 миллиметра. Пьезоэлектрический эффект возникает, когда внутренняя структура материала лишена симметрии: под напряжением материал деформируется. заставляя положительные и отрицательные ионы разделяться и создавать электрический ток. Новый материал легко нарушает свою структурную симметрию под напряжением, что приводит к сильному пьезоэлектрическому отклику.
Исследователи протестировали материал, применяя различные виды давления, такие как ходьба, бег, хлопки в ладоши и барабанный бой. В каждом тесте материал генерировал достаточно электричества для питания светодиодных ламп с надписью «RPI».
Потенциальные применения и будущее влияние
Потенциальные применения этого пьезоэлектрического материала многочисленны и разнообразны. Его можно интегрировать в широкий спектр устройств, машин и конструкций. Вот некоторые примеры:
- Интеграция в шины для зарядки автомобилей во время движения;
- Установка под автодорогами для выработки электроэнергии от проезда транспортных средств;
- Использование в строительных материалах для улавливания энергии вибраций зданий;
- Использование в носимых электронных устройствах для бегунов или велосипедистов.
Доктор Кораткар подчеркнул, что чем больше давление оказывается на большей площади, тем больше вырабатывается электроэнергии. Это открывает путь для потенциальных крупномасштабных применений, которые могут оказать существенное влияние на производство энергии.
Пьезоэлектрические полимеры, что еще нужно сделать
Хотя текущие результаты являются многообещающими, исследовательская группа признает, что еще есть над чем работать. Их цель — использовать этот материал в более крупных масштабах, чтобы оказать существенное влияние на производство энергии.
Команда Кораткара планирует исследовать другие соединения, чтобы найти соединения с еще более сильными пьезоэлектрическими свойствами. В любом случае Шекхар Гарде, декан Инженерной школы RPI, подчеркнул важность этого исследования:
Устойчивое производство энергии имеет решающее значение для нашего будущего. Работа профессора Кораткара является отличным примером того, как инновационные подходы к материалам могут помочь решить глобальные энергетические проблемы.
выводы
Открытие этих новых пьезоэлектрических материалов представляет собой важный шаг на пути к более устойчивому энергетическому будущему. Преобразуя повседневное давление и вибрации в полезную электроэнергию, эта технология может помочь нам снизить нашу зависимость от ископаемого топлива и проложить путь к новым формам производства экологически чистой энергии.
Заманчиво представить себе мир, в котором каждый наш шаг, каждая вибрация здания или движение транспортного средства способствуют подпитке нашего общества. Путь в будущее может быть… полным энергии.
