• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
07.03.2023
ЮФУ
4
771

В ЮФУ разработают генераторы для гаджетов, заряжающиеся от городского шума, движений и разговора человека

4.8

Специалисты Института нанотехнологий, электроники и приборостроения ЮФУ разрабатывают наногенераторы на основе углеродных нанотрубок, легированных азотом, которые преобразовывают деформации и вибрации городского шума, движений и разговора человека в электрическую энергию. Такие генераторы станут новыми источниками автономного питания для носимой электроники: электронных часов, телефонов, наушников.

В ЮФУ разработают генераторы для гаджетов, заряжающиеся от городского шума, движений и разговора человека / ©Getty images / Автор: Cloelia Andronicus

Как известно, углеродные нанотрубки (УНТ) были открыты в 1991 году, после чего начался «бум» в исследовании их свойств и применений. Однако, многие прогнозы не оправдались из-за ряда технологических сложностей, связанных с ростом бездефектных УНТ, близких по свойствам к модельным структурам, и формированием к ним контактов. Сейчас начался второй бум в этом направлении, связанный с исследованием именно несовершенных УНТ, в состав которых добавлены (легированы) гетероатомы (азота, кислорода, бора), и их применения в области энергетики для хранения или преобразования энергии в электрохимических конденсаторах, топливных элементах и литий-ионных аккумуляторах. Эта тематика, несомненно, сейчас находится на пике и открывает новые перспективы для практической реализации устройств на основе УНТ.

Сегодня активно реализуется идея создания автономных, то есть не требующих подзарядки, источников питания для устройств персональной и носимой электроники на основе наногенераторов, способных преобразовывать и накапливать энергию из окружающей среды. Это направление активно развивают сотрудники Института нанотехнологий, электроники и приборостроения ЮФУ. Так, в новом исследовании группы ученых: кандидатов технических наук Олега Ильина, доцента Владимира Смирнова, магистранта Ольги Соболевой и постдока Сослана Хубежова под руководством доцента Марины Ильиной рассмотрели легированные азотом углеродные нанотрубки (N-УНТ) в качестве перспективного материала для создания таких наногенераторов и установили значения длины, диаметра и модуля Юнга N-УНТ, обеспечивающие наиболее эффективное преобразование внешних механических воздействий в электрический потенциал.

Доцент Марина Ильина / ©Пресс-служба ЮФУ

«Идея по разработке наногенераторов на основе преобразования механической энергии окружающей среды в электрическую энергию с помощью пьезоэлектрического эффекта в наноразмерных структурах была заложена в 2006 году. И с тех пор идет поиск подходящего материала для ее реализации. Классические пьезокерамические структуры не подходят, так как являются хрупкими и, как правило, токсичными из-за наличия свинца в составе, а пьезоэлектрические полупроводниковые наноструктуры (оксид цинка, нитрид галлия) обладают недостаточно высоким значением пьезоэлектрического модуля для эффективного преобразования энергии», — рассказала Марина Ильина.

В работе исследовалось влияние геометрических и механических параметров N-УНТ на величину пьезоэлектрического модуля и генерируемого тока. Было установлено, что легирование нанотрубки азотом пиррольного типа приводит к одновременному увеличению механических и пьезоэлектрических параметров, что позволяет существенно повысить величину тока, генерируемого при деформации.

Другим важным результатом стала установленная зависимость пьезоэлектрических свойств N-УНТ от их длины и диаметра. Как известно, в классических пьезоэлектриках величина пьезоэлектрического модуля не зависит от их геометрических параметров. Однако в N-УНТ при невысоких значениях аспектного отношения длины к диаметру (7–30) наблюдается линейное увеличение пьезоэлектрического модуля, а при больших значениях аспектного отношения зависимость уходит в насыщение. Поэтому целесообразно использовать массивы N-УНТ с аспектным отношением около 30, чтобы добиться высокого значения пьезоэлектрического модуля и сохранить высокую «чувствительность» N-УНТ к внешним механическим воздействиям.

«Результаты данного исследования показывают, что легированные азотом углеродные нанотрубки являются превосходным кандидатом для разработки высокоэффективных наногенераторов благодаря сочетанию высоких механических и пьезоэлектрических свойств, что позволяет сделать существенный шаг вперед для практической реализации данной идеи», — отметила ученая.

Самозаряжающиеся гаджеты, не являющиеся токсичными для организма человека, — звучит, будто фантастика или анонс технологического будущего, в котором, вероятно, будут жить наши правнуки. Однако это ближайшая реальность. По оценкам специалистов, разработанные наногенераторы на основе N-УНТ способны эффективно преобразовывать нано- и микроразмерные деформации и вибрации, возникающие под действием городского шума, движений и разговора человека, в электрическую энергию, достаточную для питания устройств персональной электроники: электронных часов, телефонов, наушников и прочего.

Исследование, опубликованное в журнале Low Power Electronics and Applications, поддержано Российским научным фондом в рамках проекта «Разработка пьезоэлектрических наногенераторов на основе вертикально ориентированных углеродных нанотрубок, допированных азотом». 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Южный федеральный университет образован в рамках национального проекта "Образование" распоряжением Правительства Российской Федерации от 23 ноября 2006 года N1616-р (pdf) и приказом Министерства образования и науки Российской Федерации от 4 декабря 2006 года N1447 путем присоединения к Ростовскому государственному университету трех вузов: Таганрогского государственного радиотехнического университета, Ростовского государственного педагогического университета, Ростовской государственной академии архитектуры и искусств.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
21 июня
Nadya

Земля начала формироваться примерно 4,5 миллиарда лет назад. Чтобы понять, как это происходило в ранние периоды развития нашей планеты, ученые ищут образцы древних горных пород. Одну из таких, возрастом почти 3,5 миллиарда лет, обнаружили рядом с городом Колли в Австралии.

21 июня
Александр Березин

Разные группы ученых предсказывали существование реликтовых гравитационных волн еще десятки лет назад. Однако, когда такое открытие в 2020-х годах действительно сделали, оказалось, что обнаруженные гравиволны несовместимы практически со всеми конкретными предсказаниями, кроме одного.

Сегодня, 11:35
Андрей

Палеонтологи обнаружили нового рогатого динозавра на границе Канады и США — животное прозвали локицератопсом в честь бога Локи из скандинавских мифов. Однако факт, что это самостоятельный вид, будет оспариваться, потому что у локицератопса было исключительно много соседей. И судя по всему, в Северной Америке открыли еще далеко не всех динозавров.

21 июня
Nadya

Земля начала формироваться примерно 4,5 миллиарда лет назад. Чтобы понять, как это происходило в ранние периоды развития нашей планеты, ученые ищут образцы древних горных пород. Одну из таких, возрастом почти 3,5 миллиарда лет, обнаружили рядом с городом Колли в Австралии.

20 июня
МПСУ

Эмоциональное выгорание ИТ-специалиста напрямую связано с его личностными характеристиками. С профессиональными перегрузками и стажем связи нет. К такому выводу пришли ученые МПСУ, которые исследовали ИТ-специалистов двух компаний. Жизнестойкость, то есть способность человека выдерживать стрессовые ситуации без снижения успешности деятельности, в совокупности с внутренней положительной мотивацией формируют иммунитет к эмоциональному выгоранию специалиста в ИТ-сфере. Блокаторами стали интерес к работе и профессиональная удовлетворенность.

21 июня
Александр Березин

Разные группы ученых предсказывали существование реликтовых гравитационных волн еще десятки лет назад. Однако, когда такое открытие в 2020-х годах действительно сделали, оказалось, что обнаруженные гравиволны несовместимы практически со всеми конкретными предсказаниями, кроме одного.

21 июня
Nadya

Земля начала формироваться примерно 4,5 миллиарда лет назад. Чтобы понять, как это происходило в ранние периоды развития нашей планеты, ученые ищут образцы древних горных пород. Одну из таких, возрастом почти 3,5 миллиарда лет, обнаружили рядом с городом Колли в Австралии.

24 мая
Игорь Байдов

С помощью космических и наземных телескопов международная команда астрономов открыла похожий на нашу планету мир в так называемой зоне обитаемости, позволяющей воде существовать на поверхности тела в жидком состоянии. По космическим меркам экзопланета находится достаточно близко к Земле и, вероятно, представляет собой скалистый мир с благоприятным для жизни климатом. Подобные миры астрономы открывают крайне редко.

27 мая
Андрей

Европейские гляциологи, используя первые снимки Восточной Антарктиды 1937 года, а также фотографии середины XX века и современные спутниковые данные, отследили, как менялись ледники в этом регионе на протяжении 85 лет.

[miniorange_social_login]

Комментарии

4 Комментария
-
0
+
Комментарий удален пользователем или модератором...
    Masyanya Masyanya
    08.03.2023
    -
    1
    +
    Думаю, что это ответ ученых на вопрос журналиста,-ну хоть какое-то практическое применение от всего этого есть? Понятно, что при современном уровне энергопотребления носимой электроники, такие структуры не имеют шанса на жизнь. Скорее можно говорить про энергопитание нейроинтерфейсов.
    +
      ещё комментарии
Affidavit Donda
07.03.2023
-
1
+
С каких это пор генераторы стали заряжаться? Учёные, прекратите насиловать журналистов!
Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно