Найден способ зарядки гаджетов без розетки

[+FAN]

Питание для плеера или телефона сможет дать движение его владельца.

Физики разработали зарядное устройство, способное извлекать электроэнергию из тряски и механических деформаций. Его мощность может быть достаточна для телефонов и плееров. Описанное в журнале Nano Letters изобретение специалистов технологического университета штата Джорджия (США) способно выдать до 11 милливатт с кубического сантиметра. Сотовый телефон, для сравнения, потребляет в режиме разговора около ватта, а плеер при воспроизведении музыки – порядка двухста милливатт. Вмонтировав зарядное устройство в подошву ботинка или примотав к раме велосипеда, можно будет избавиться от необходимости заряжать аккумуляторы.



Нанопроволока из оксида цинка, снимок электронным микроскопом.

Электричество экспериментальное устройство вырабатывает за счет пьезоэффекта, возникающего при деформации лент, покрытых нанопроволоками из оксида цинка.

Пьезоэффект

Пьезоэффектом называют появление электрического напряжения при сжатии материала. Или, напротив, деформацию материала при подаче на него напряжения.

Прямой пьезоэффект используется в зажигалках, микрофонах и взрывателях для гранатометных снарядов (или "выстрелов", если использовать военную терминологию). Обратный же – в ультразвуковых излучателях, для высокоточной механики и управления соплами струйных принтеров.

Что нового?

Идея использовать энергию движения человеческого тела или вибрации едущего автомобиля для работы каких-либо устройств – далеко не нова. Часы с автоподзаводом научились делать задолго до появления электронных схем, а зажигалки с пьезоэлементом, выдающие искру при нажатии на кнопку, встречаются повсеместно. В чем новизна разработки ученых?


Одно из уже освоенных применений пьезоэффекта — создание компактных и высокоточных механических устройств. Показанный на снимке мотор еще не самый показательный пример: в атомных силовых микроскопах пьезоэлектрический привод позволяет перемещать иглу с точностью до отдельных атомов.


Во-первых, в материале. Тончайшие проволоки из оксида цинка обладают полупроводниковыми свойствами и вызывают повышенный интерес у физиков по всему миру – из них, например, недавно сделали запоминающую ячейку для флеш-памяти. Если какой материал исследуют в области наноструктур активнее, то разве что графен и углеродные нанотрубки!

Графен и нанотрубки

За экспериментальное открытие графена в 2010 году дали нобелевскую премию по физике – и об этом материале можно прочитать отдельную статью, написанную по лекции получившего награду Константина Новоселова.

Что же касается нанотрубок, их уже научились синтезировать отнюдь не нанометровых размеров – самый длинный образец достиг отметки 18,5 см. Такой результат уже позволяет рассчитывать на многое – теоретически, нить из нанотрубок превзойдет все прочие известные науке материалы!

Во-вторых, в мощности. За несколько лет удалось пройти путь от идеи и первых образцов (ток от которых можно было только зарегистрировать измерительными приборами) до прототипа размером 1,5х2 см, которого уже оказалось достаточно для работы взятого из калькулятора жидкокристаллического дисплея.


Новый пьезоэлемент в действии — сжав его пальцами, можно получить достаточно энергии для работы дисплея калькулятора.

Будущие зарядные устройства смогут быть компактными и гибкими – что выгодно отличает их от тяжелых механизмов автоподзавода для механических часов. Более того, исследователи разработали метод производства пьезоэлементов на основе еще одного материала, цирконата-титаната свинца.

Свинец, цирконий и титан

Цирконат-титанат свинца – основа для специальной керамики, обладающей пьезоэлектрическими свойствами. Он давно известен ученым, но в сообщении технологического университета Джорджии подчеркивается то, что исследователям оттуда удалось добиться синтеза этой керамики при более низких температурах. Что дает большую свободу конструкторам, вместо одного материала в их распоряжении будет два разных.

Особенный интерес разработка представляет даже не для производителей гаджетов (аккумуляторы со временем наращивают емкость, так что восемь часов работы не предел даже для иного нетбука), сколько для разработчиков медицинского оборудования. Вживляемому кардиостимулятору заменить севшую батарею можно только сделав хирургическую операцию и по этой причине в ранних моделях даже использовались ядерные элементы питания с плутонием! Пьезоэлементы же смогут работать, используя колебания грудной клетки при дыхании: пока пациент дышит, его кардиостимулятор всегда сможет подзарядить свои аккумуляторы.