Инженеры используют вибрации для питания Интернета вещей

В мире, жаждущем чистой энергии, инженеры создали новый материал, который преобразует простые механические вибрации вокруг нас в электричество для питания датчиков во всем, от кардиостимуляторов до космических кораблей.

Система нового поколения является первой в своем роде и продуктом десятилетней работы исследователей из Университета Ватерлоо и Университета Торонто, она компактна, надежна, недорога и чрезвычайно безвредна для окружающей среды.

«Наш прорыв окажет значительное социальное и экономическое влияние за счет снижения нашей зависимости от невозобновляемых источников энергии», — сказал Асиф Хан, исследователь из Ватерлоо и соавтор нового исследования проекта. «В данный момент нам нужны эти стимуляторы более остро, чем когда-либо в истории».

Система, разработанная Ханом и его коллегами, основана на пьезоэлектрическом эффекте, который генерирует электрический ток путем сжатия — например, механических вибраций — подходящего материала.

Эффект был открыт в 1880 году, и с тех пор ограниченное количество пьезоэлектрических материалов, таких как кварц и сегнетовые соли, использовалось в различных технологиях, от гидролокаторов и ультразвука до микроволн.

Проблема в том, что до сих пор традиционные пьезоэлектрические материалы, используемые в коммерческих устройствах, имели ограниченную способность генерировать электричество. Они также часто используют свинец, который Хан описывает как «вредный для окружающей среды и здоровья человека».

Исследователи решили обе проблемы.

Они начали с выращивания большого монокристалла молекулярного соединения галогенида металла, называемого хлоридом меди edabco, с использованием эффекта Яна-Теллера, хорошо известной химической концепции, связанной со спонтанным геометрическим искажением кристаллического поля.

Затем, по словам Хана, был использован высокопьезоэлектрический материал для изготовления наногенераторов «рекордной плотности энергии, которые могут улавливать небольшие механические вибрации в любых динамических условиях, от движения человека до моторизованных транспортных средств» в процессе, который не требует ни свинца, ни невозобновляемой энергии.

Наногенератор небольшой — 2,5 квадратных сантиметра и толщиной с визитную карточку — и его можно легко использовать в бесчисленных ситуациях. Он может питать датчики самых разных электронных устройств, в том числе миллиарды, необходимые для Интернета вещей — растущей глобальной сети объектов, оснащенных датчиками и программным обеспечением, которое подключается и обменивается данными с другими устройствами.

Доктор.. Дайан БанВ будущем вибрации самолета могут питать сенсорные системы мониторинга, а сердцебиение человека может поддерживать работу безбатарейного кардиостимулятора, сказал исследователь из Института нанотехнологий Ватерлоо.

«Наши новые материалы показали рекордные характеристики», — сказал Пан, профессор электротехники и вычислительной техники. «Это знаменует собой новый путь вперед для этой области».

изучение, Большой пьезоэлектрический отклик в деформируемом ян-теллеровском молекулярном галогениде металлапоявляется в Nature Communications.