НОВОСТИ О ФТОРОПЛАСТАХ

 

Устройство производило 14 вольт, когда на него оказывали давление большим пальцем руки.

Производство носимой электроники, которая использует портативный наногенератор вырабатывающий электроэнергию от надавливания или изгибания, получило новое развитие, благодаря исследованиям, проведенным учеными города Пуна.

Наногенератор, изготовленный ими, производил 14 вольт, когда на него надавливали большим пальцем. Результаты работ были опубликованы недавно в журнале Advanced Materials & Interfaces.

Для того, чтобы продемонстрировать возможности наногенератора для питания небольших электронных устройств использовали двигатель, производящий вибрации, эквивалентные надавливаниям большого пальца в течение 20 минут. При этом генерировались примерно 28 микроватт/см² и 14 вольт, которые сохранялись в конденсаторе и использовались для зарядки мобильного телефона.

В настоящее время существует значительное количество исследований с акцентом на разработки гибких или носимых устройств. Такие устройства должны быть портативными, легкими, ударопрочными и недорогими. А устройства в идеале должны получать питание от сбора легко доступной энергии механических воздействий или вибрации, что делает лишними батареи и связанные с ними провода. Пьезоэлектрические материалы, которые могут генерировать электроэнергию по месту посредством растяжения, надавливания или сгибания, являются отличным предложением в этом смысле.

Для получения наногенератора исследователи из Индийского института IISER города Пуна и Национальной химической лаборатории (NCL) спряли посредством электричества волокна пьезополимера (сополимера винилиденфторида с трифторэтиленом) непосредственно на гибкой проводящей углеродной ткани. Последняя была получена прогреванием куска хлопчатобумажной ткани при 800 ^оС в течение нескольких часов в инертной атмосфере.

Для улучшения пьезосвойств полимерных волокон, исследователи покрыли волокна пастой более сильного, неорганического сегнетоэлектрика (BaTiO₃). "Наночастицы из покрытия помогают заполнить промежутки между полимерными нановолоконами и увеличить пьезоэлектрические свойства," говорит профессор Сатисчандра Огэйл из отдела физики центра по вопросам энергетики и науки IISER г. Пуна и один из авторов статьи.

Количество BaTiO₃ включенного в волокна полимера должно быть оптимизировано в районе 5 процентов. Когда плотность волокон была меньше внутри полимера, плотность интерфейсов (где имеет место разделение положительных и отрицательных зарядов), образованных между волокном и полимером была также меньше. А гибкость конструкции снижалась, когда слишком много BaTiO₃ добавлялось, и это также приводило к увеличению внутреннего заряда и к короткому замыканию.

Полимер с покрытием из углеродной ткани был запечатан таким же покрытием, с другой стороны. Углеродные ткани по обе стороны от устройства действовали как два электрода. Углеродная ткань тоже способствует повышению количества пьезоэлектричества, генерируемого наногенератором благодаря своеобразной морфологии такого субстрата.

"Ткань имеет поверхностную микроструктуру, обеспечивающую хорошее сцепление между тканью (электродом) и активным слоем. Склеивание будет плохим в случае металлического слоя", говорит профессор Огэйл. "Из-за шероховатости поверхности ткани, когда вы нажимаете или изгибаете устройство, приложенная сила передается по различным направлениям пьезоэлектрического активного слоя. И это улучшает пьезоэлектрические свойства наногенератора". Если электрод был бы плоской металлической поверхностью, то сила, приложенная к нему, передавалась бы только в одном направлении.

"Когда оказывали давление большим пальцем руки на полимер производилось 2-3 вольта. В случае использования полимера с покрытием из BaTiO₃, то пьезоэлектричество генерировалось на уровне 7-8 вольт. Но 14 вольт было получено, когда BaTiO₃ был включен в состав полимера, а также им покрывалась поверхность волокна", - говорит Дипти Дакрас из NCL и первый автор статьи. "Напряжение 14 вольт при токе несколько микроампер является самой высокой выходной мощностью для носимого типа наногенератора, использующего проводящую ткань в качестве электрода", отмечается в статье.