поиск по сайту

Создан материал, вырабатывающий энергию из водного пара PDF Печать E-mail
Оценка пользователей: / 0
ПлохоОтлично 
26.01.13 07:55

pbИнженеры Массачусетского технологического института (MIT) создали новую полимерную пленку, которая может производить электричество, используя необычный ресурс – водный пар

Новый материал меняет форму после поглощения небольшого количества испарившейся воды, что позволяет ему многократно скручиваться и раскручиваться. С помощью этого непрерывного движения можно управлять автоматизированными деталями или производить достаточно электричества для микро- и наноэлектронных устройств – таких как, к примеру, экологические датчики для сбора информации о влажности, загрязнении воздуха и т. п.

 

«Если датчик работает на батареях, вам надо периодически заменять их. Если же вы используете это устройство, энергию можно получать из окружающей среды; таким образом, нет необходимости частой замены», – говорит Мингминг Ма, научный сотрудник Института интегральных исследований Дэвида Х. Коха Массачусетского технологического института и ведущий автор статьи о новом материале, которая вышла в Science.

«Мы возлагаем много надежд на этот новый материал, и нам кажется, что когда мы достигнем более высокой эффективности в преобразовании механической энергии в электричество, этот материал найдет еще более широкое применение», – говорит Роберт Ланджер, профессор Института интегральных исследований Дэвида Х. Коха Массачусетского технологического института и соавтор статьи. Эти возможные применения включают создание больших, приводимых в действие паром генераторов или генераторов маленького размера для носимой электроники.

Другие авторы данной работы – научный сотрудник Института Коха Лян Го и адъюнкт-профессор химической технологии Института медицинской науки и техники Массачусетского технологического института Даниэль Андерсон.

Получение энергии

Новая пленка представляет собой переплетенную сетку из двух различных полимеров. Один из полимеров, полипиррол, формирует жесткую, но гибкую матрицу, которая обеспечивает опору конструкции. Другой полимер, полиол-борат, является мягким гелем, который разбухает при поглощении воды.

В ходе предыдущих попыток создать чувствительную к воде пленку использовался только полипиррол, который сам по себе намного менее чувствителен к воде. «Соединив два различных вида полимеров, можно получить намного более сильную деформацию и мощность», – говорит Го.

Пленка получает энергию от перепада влажности между сухой и влажной средой. Когда пленка толщиной 20 микрометров находится на поверхности, которая содержит даже небольшое количество влаги, нижний слой поглощает испарившуюся воду, заставляя пленку скручиваться, отрываясь от поверхности. Как только основание пленки попадает на воздух, она быстро выпускает влагу, раскручивается и начинает сворачиваться снова. Поскольку этот цикл повторяется, непрерывное движение преобразовывает химическую энергию от перепада влажности в механическую энергию.

Такие пленки могут служить как в качестве привода, так и в качестве генератора. В качестве привода материал может быть удивительно мощным: ученые продемонстрировали, что 25-миллиграммовая пленка может поднять груз стеклянных пластинок в 380 раз тяжелее собственного веса или переместить груз серебряных проводов в 10 раз тяжелее собственного веса, работая мощным «мини-трактором», приводимым в действие фактически водой. Используя только воду в качестве источника энергии, эта пленка может заменить электроприводы, которые сейчас используются для управления небольшими автоматизированными деталями.

«Для ее работы не требуется много воды, – говорит Ма. – Очень небольшого количества влаги будет достаточно».

Главное преимущество новой пленки – то, что она не требует изменения условий среды, как приводы, которые реагируют на изменения в температуре или кислотности, говорит адъюнкт-профессор в области полимерной технологии Массачусетского университета в Амхерсте Райан Хейворд.

«Что действительно впечатляет в этой работе, так это то, что они смогли выработать схему, при которой перепад влажности заставляет полимер циклически сворачиваться, переворачиваться и разворачиваться, и смогли использовать эту энергию с пользой», – говорит Хейворд, который не входил в исследовательскую группу.

Производство электричества

Механическая энергия, произведенная материалом, может также быть преобразована в электричество путем соединения полимерной пленки с пьезоэлектрическим материалом, который преобразовывает механическое напряжение в электрический заряд. Эта система может производить среднюю мощность в 5,6 нановатт, которая может накапливаться в конденсаторах и приводить в действие очень маломощные микроэлектронные устройства, такие как датчики влажности и температуры.

Если использовать пленку для производства электричества в более крупном масштабе, она могла бы получать энергию из окружающей среды – например, если поместить ее над озером или рекой. Или же это устройство можно прикреплять к одежде, где простое испарение пота могло бы давать энергию таким устройствам, как, например, физиологические контрольные датчики. «Вы могли бы бегать или заниматься спортом и при этом производить электричество», – говорит Го.

В меньшем масштабе пленка могла бы приводить в действие микроэлектромеханические системы (MEMS), включая экологические датчики или устройства еще меньшего размера, такие как наноэлектроника. Исследователи теперь работают над повышением эффективности преобразования механической энергии в электроэнергию, что могло бы позволить меньшей по размеру пленке приводить в действие более крупные устройства.

Исследование финансировалось Программой развития нанотехнологий института National Heart, Lung and Blood, Национальным онкологическим институтом и Институтом регенеративной медицины Вооруженных сил.

km

 

 

новости из сети


все материалы взяты из интернета

При копировании материалов гиперссылка на сайт обязательна