Губка из полиуретана в 10 раз увеличила эффективность пьезоэлектриков
Logo
Cover

Новый слоистый материал на порядок увеличивает эффективность пьезоэлектриков, которые могут вырабатывать электричество на своей поверхности благодаря деформации. В Университете Пенсильвании утверждают, что специалистов выручила губка из полиуретана, какую можно купить в любом хозяйственном магазине. Открытие поможет изготовить более автономные медицинские датчики, пишет Science Daily.

Пьезоэлектрики могут вырабатывать электричество, изгибаясь. Если на поверхности такого полимерного материала разместить наночастицы керамики или провода, этот заряд можно использовать — например, чтобы подпитать носимые гаджеты. Простейший бытовой вариант использования эффекта — пьезозажигалка. Проблема, однако, в том, что такой подход малоэффективен: значительная часть заряда остается внутри и не выходит на поверхность. КПД можно повысить, добавив больше керамики. Но такую конструкцию труднее изгибать. «Представьте камень в воде. Вы можете ударить по поверхности воды, но камню передастся ничтожная часть энергии», — описывает проблему профессор Куин Ван.

Помог бы трехмерный материал, который «выталкивал» бы заряженные частицы на поверхность. Но в поисках подходящей структуры прошло много лет, уверяет Ван. И решение совершенно неожиданно нашлось в хозяйственном магазине: оказалось, что обычная полиуретановая губка обладает достаточной повторяемостью структуры.

В ходе эксперимента керамическую основу совместили с полиуретаном и нагрели так, чтобы губка выгорела. Ее остатки образовали на поверхности керамики трехмерный повторяемый шаблон. Его затем заполнили полимером, получив высокоэффективный пьезоэлектрик. Методика и выводы изложены в статье в журнале Energy and Environmental Science.

«Такой 3D-композит отдает гораздо больше энергии в различных режимах, — уверяет Ван. — Можете гнуть его, растягивать, скручивать. Он также генерирует энергию при нагревании, причем достаточно разницы в несколько градусов».

Ученые подчеркивают, что сжигание губки — весьма грязный процесс, как и керамическая подложка, в которой используется свинец. Такой метод годиться, чтобы проиллюстрировать возможность создания нового материала. Но для коммерческого использования придется придумать что-то более экологически чистое.