Исследователи использовали графеновые композиты для создания компактных устройств, не содержащих металла, которые преобразуют энергию движения в электричество для питания носимой электроники.
Идея устройств, заряжающихся от движения не нова, но использование материала, разработанного учеными из Университета Райса, делает их более практичными. Благодаря трибоэлектрическому эффекту, материалы собирают заряд, образующийся в результате их соединения/разъединения, который затем передают через контакт.
Команда использовала графеновую пену (LIG), полученную путем нагревания углеродосодержащих веществ на поверхности полимера или другой основы с помощью лазера. Сначала хлопья двумерного углерода были созданы на обычном полиимиде, но затем проводились эксперименты с древесиной, обработанной бумагой, другими растительными материалами и продуктами питания.
Для обеспечения гибкости LIG из трибоотрицательного полиимида, на него распылили полиуретан, который выполняет роль защитного покрытия и трибоположительного материала. После подключения электродов, электроны могут свободно перемещаться из полиуретана в полиимид. При дальнейшем контакте и разделении создается статический заряд, который можно сохранить и сбалансировать через внешнюю цепь.
Полученное гибкое устройство генерировало около 1 кВ и продолжало стабильно функционировать после 5000 циклов изгиба. Наилучшая конфигурация с электродами из графитовой пены на полиимиде и из графитовой пены на алюминии обеспечивает напряжение выше 3,5 кВ с пиковой мощностью более 8 мВт.
При испытании исследователи подключили полоску LIG к светодиодам, которые начинали светиться при ударах по устройству. Больший кусок материала, встроенный в триггер, будет генерировать энергию от каждого движения человека, поскольку повторный контакт графенового композита с кожей создает ток для зарядки небольшого конденсатора.
После прогулки на 1 км встроенный в обувь наногенератор смог передать 0,22 мДж электрической энергии на конденсатор. По словам ученых, этого достаточно для питания носимых датчиков и электроники только за счет движения человека.
Напомним, что новая пена на основе графена остается мягкой даже при –269 °C.