НОВОСТИ О ФТОРОПЛАСТАХ

 

Более 60 исследовательских групп по всему миру в настоящее время разрабатывают вариации трибоэлектрического наногенератора (ТЭН) , который преобразует окружающую механическую энергию в электрическую для питания носимой электроники (гаджетов), сенсорных сетей, имплантируемых медицинских устройств и других переносимых систем.

Автономные наногенераторы, созданные на основе нанотехнологий, питают наноустройства и наносистемы, используя энергию, получаемую из окружающей среды, в которой эти системы работают. Это предлагает абсолютно новый подход для аккумулирования механической энергии, используя органические и неорганические материалы.

Интересен подход от группы китайских ученых, которые предлагают использовать энергию ветра, дующего впустую в городах.

В статье от 5 мая 2016 года в интернет – издании газеты ACS Nano, они предлагают гибридизированный наногенератор, состоящий из солнечной батареи и ТЭНа, которые могут быть использованы индивидуально или одновременно для аккумулирования солнечной и ветровой энергии.

По сообщению профессора Я. Яна из Пекинского института Наноэнергии и Наносистем: "Солнечная батарея с площадью устройства 120 мм × 22 мм может обеспечить выходную мощность 8 мВт, в то время как соответствующая выходная мощность ТЭН может составлять до 24 мВт. Мы использовали трансформатор для уменьшения импеданса TЭНа для согласования импедансов между солнечным элементом и ТЭНом."

Структура устройства включает в себя вибрирующую пленку в середине TЭНа, состоящую из пленки Kapton с двумя медными электродами (Cu) с обеих сторон, в которой пленка фторопласта FEP (ФЭП - фторированный сополимер этилена с пропиленом) находится в качестве трибоэлектрического слоя, закрепленного на медном электроде. Еще два медных электрода были закреплены на верхней и нижней части акриловой подложки, соответственно, в результате чего создается воздушный зазор между двумя медными электродами.

(А) Фотография обычного генератора ветровой турбины.

(Б) Фотография интегрированных блоков солнечных батарей на крыше городской застройки.

(С) Схема интегрированных гибридизированных наногенераторов на крыше дома.

(D) Принципиальная схема разработанного гибридизированного наногенератора.

(Е) Фотография созданного гибридизированного наногенератора.

Габариты ТЭНа являются крошечными: толщина обеих пленок Kapton и FEP составляет около 25 мкм, а толщина медного электрода составляет около 200 нм. Воздушные зазоры между вибрирующей пленкой и медным электродом на акриловой подложке составляют 2 мм, так что высота забора воздуха составляет около 4 мм. В то время как гибридное устройство солнечная батарея/ТЭН в идеале может устанавливаться на крышах, отдельные массивы ТЭНов можно использовать в любом месте, чтобы захватить движение воздуха, например, в торговых точках, где есть кондиционеры воздуха.

«Работа ТЭНа основывается на вызванной ветром вибрации средних пленок Kapton/Cu/FEP, приводящей к периодическому контакту и разделению между FEP и медной пленкой вершины/нижней части, работающих как в качестве проводящего электрода, так и как трибоэлектрического материала», объясняет Янг. «Выходной ток ТЭНа может достигнуть 260 мкА под скоростью ветра приблизительно 15 м/с. Этот выходной ток уменьшается с увеличением сопротивления нагрузки, в результате чего самая большая выходная мощность ТЭНа, может составить до 26 мВт под сопротивлением нагрузки 1 MΩ.»

В своих экспериментах ученые использовали самодельный литий-ионный аккумулятор с массивом нанотрубок TiO₂ в качестве материала электрода для хранения энергии, вырабатываемой гибридизированными наногенераторами.

«Наше исследование открывает большую перспективу для практических применений, чтобы максимизировать аккумулирование солнечной и ветровой энергий от среды в городских районах для реализации некоторых автономных функций - таких как датчиков в среде 'умный город', завершает Янг. "Следующие этапы наших исследований будут сосредоточены на следующих двух аспектах: первый заключается в повышении стабильности выходного тока гибридизированного устройства, а другой состоит в разработке нового дизайна схемы управления для ТЭНа с целью получения более высоких сигналов тока и напряжения около 5V ".

Майкл Бергер. © Nanowerk