Источник фото — kistler.com
Такие генераторы в будущем могут стать источником автономного снабжения для персональной техники, в том числе часов, наушников и телефонов. Результаты исследования опубликованы в журнале Low Power Electronics and Applications, который издается многопрофильным институтом цифровых публикаций (MDPI).
Углеродные нанотрубки представляют собой цилиндрическую структуру диаметром до нескольких десятков нанометров и длиной до нескольких сантиметров, которые состоят из свернутых в трубку графеновых плоскостей. Исследования в сфере углеродных нанотрубок сегодня переживают новый бум благодаря использованию так называемых «несовершенных» углеродных нанотрубок, в состав которых добавлены (легированы) гетероатомы азота, кислорода и бора (гетероатомом называют любой атом соединения, который не является атомом углерода и водорода). Ученые уже изучают возможность применения таких трубок для преобразования энергии в электрохимических конденсаторах, топливных элементах и литий-ионных аккумуляторах.
Другой сферой является пьезоэлектрические наногенераторы, которые способны накапливать энергию при колебаниях в физической среде. «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 г. 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», – цитирует ЮФУ кандидата технических наук Марину Ильину.
Специалисты Института нанотехнологий, электроники и приборостроения ЮФУ провели серию экспериментов, которые показали, что легирование нанотрубки азотом приводит к увеличению пьезоэлектрического модуля, т.е. отношения полученного электрического тока к приложенному давлению. Другим результатом стало выяснение зависимости пьезоэлектрических свойств углеродных нанотрубок, легированных азотом (N-УНТ), от соотношения их длины и диаметра. Наиболее оптимальным стало 30-кратное соотношение, позволяющее обеспечить высокий пьезоэлектрический эффект и при этом 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», – приводит ЮФУ слова Марины Ильиной, являвшейся руководителем проекта.
