В ЮФУ разработают генераторы для гаджетов, заряжающиеся от городского шума, движений и разговора человека
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.
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.
«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».
Telegram 
Дзен 
VK Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Японские исследователи выловили у берегов Окинавы пластиковую бутылку с узким горлышком, внутри которой сидел большой живой краб. В итоге ученые смогли найти ответы на несколько возникших в связи с этой находкой вопросов: как краб попал в бутылку, сколько там находился и как ему удалось выжить?
Физики экспериментально подтвердили эффективность ионно-плазменного метода удаления радиоактивных загрязнений с поверхностей металлоконструкций ядерных реакторов. Новая технология позволяет очищать внутриконтурное оборудование от отложений сложного химического состава без образования опасных жидких радиоактивных отходов. Благодаря этому она даст возможность повторно использовать реакторные сплавы и снизит затраты на их переработку.
Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Терраформировать Марс — то есть превратить в мир, где можно жить без защитных куполов — мечта человечества с того момента, как стало понятно, что это холодная планета с призрачной бескислородной атмосферой. Сейчас главный хедлайнер ее освоения — Илон Маск, компания SpaceX которого планирует первые полеты туда уже в 2028 году. Многие энтузиасты вспоминают слова Маска 14-летней давности: Красную планету надо лишь «подремонтировать», чтобы ходить без скафандра. Но между полетом и прогулками по городу-саду на Марсе лежит огромная пропасть. Пару лет назад Naked Science рассматривал положительный сценарий терраформирования. Пришло время подсчитать, сколько же лет и ресурсов потребуется.
Самый маленький дневной хищник Африки впервые попал под наблюдение с помощью GPS-трекеров. Ученые выяснили, что для выкармливания птенцов ему нужен участок почти в 14 раз меньше, чем у степной пустельги — ближайшего «рекордсмена» среди изученных птиц.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно