Новаторське дослідження в галузі трибоелектричних наногенераторів відкриває перспективи створення самозаряджаючого одягу та пристроїв, що використовують енергію повсякденного руху людини.

Уявіть куртку, яка заряджає ваш смартфон, коли ви йдете, або взуття, що живить ваш фітнес-трекер під час бігу. Такі технології можуть незабаром стати реальністю завдяки революційним дослідженням у сфері трибоелектричних наногенераторів (TENG). Науковці виявили, що крихітні намистини, які труться одна об одну під час руху, можуть ефективно генерувати електроенергію, створюючи основу для по-справжньому самодостатніх носійних технологій.

Принцип дії: сила тертя перетворюється на електрику

Трибоелектричні наногенератори працюють за принципом трибоелектрифікації – явища, при якому електричний заряд генерується через тертя між різними матеріалами. Коли дві поверхні з відмінними електричними властивостями контактують і розділяються, виникає різниця потенціалів, яка може бути перетворена на електричну енергію.

Дослідницька команда на чолі з доктором Ігнаасом Джимідаром з Вільного університету Брюсселя (VUB) зробила значний прогрес у розумінні цього явища.

Науковці виявили, що коли поверхня, вкрита щільно упакованими намистинами, взаємодіє з іншою подібною поверхнею, частина намистин набуває позитивного заряду, а інші – негативного. Ефективність передачі цих зарядів визначає кількість виробленої електроенергії.

Ключовий фактор успіху: вибір оптимальних матеріалів

Дослідження показало, що не всі матеріали однаково ефективні для трибоелектричних застосувань. Меламіно-формальдегідні (МФ) намистини продемонстрували особливо високу продуктивність завдяки своїй низькій еластичності, яка сприяє кращому утриманню та передачі електричного заряду.

Крім типу матеріалу, важливим фактором є розмір намистин. Експерименти показали цікаву закономірність: більші намистини зазвичай набувають негативного заряду, тоді як менші стають позитивно зарядженими. Це відкриття дозволяє науковцям точніше настроювати властивості TENG для максимальної ефективності.

Використання намистин замість традиційних компонентів має додаткову перевагу – економічну доцільність. Матеріали, які зазвичай застосовують для підвищення ефективності TENG, часто бувають дорогими, тоді як намистини пропонують більш доступну альтернативу без компромісу щодо продуктивності.

Екологічний аспект: чистіше виробництво енергії

Важливою особливістю технології TENG з використанням намистин є екологічність процесу виробництва. Традиційні методи часто вимагають застосування розчинників або інших хімічних речовин, що можуть шкодити довкіллю. Натомість, підхід з використанням намистин дозволяє застосовувати сухий процес виготовлення, уникаючи потреби в токсичних розчинниках.

Крім того, принцип дії TENG ґрунтується на використанні кінетичної енергії, що й так витрачається під час руху людини. На відміну від традиційних джерел енергії, таких як викопне паливо, ця технологія не продукує шкідливих викидів і не залежить від обмежених ресурсів.

Самозаряджаючі пристрої також зменшують потребу в одноразових батарейках, які часто містять токсичні матеріали та становлять проблему для утилізації. Тому розвиток TENG технологій має подвійний екологічний ефект – зменшення відходів та чисте виробництво енергії.

Перспективи та виклики майбутнього розвитку

Потенційні застосування трибоелектричних наногенераторів на основі намистин охоплюють широкий спектр галузей. Найочевиднішими є розумний одяг та носійні технології, які могли б генерувати енергію під час повсякденної діяльності користувача. Спортивний одяг, взуття, рюкзаки та навіть прикраси могли б перетворюватися на джерела енергії для живлення персональних електронних пристроїв.

Автономні сенсори для моніторингу навколишнього середовища, медичні імпланти, що не потребують заміни батареї, та самодостатні пристрої інтернету речей (IoT) – це лише кілька прикладів потенційних застосувань цієї технології.

Проте на шляху до широкомасштабного впровадження залишаються серйозні виклики. Дослідникам ще належить вдосконалити ефективність та надійність таких систем. Інтеграція TENG у комерційні продукти вимагає розробки стандартизованих процесів виробництва та перевірки довговічності технології в різних умовах експлуатації.

Незважаючи на ці виклики, перспективи виглядають багатообіцяючими. З кожним новим дослідженням у галузі трибоелектричних матеріалів та структур наближається день, коли заряджання від руху стане звичною частиною нашого повсякденного життя, відкриваючи нову еру справді сталої та персоналізованої енергетики.