Ученые Санкт-Петербургского государственного университета промышленных технологий и дизайна совместно с коллегами из Физико-технического института имени Иоффе РАН разработали ткань, которая превращает тепло в электричество. Ее можно будет применять для теплоизоляции корпусов ракет и подпитки гаджетов теплом человеческого тела.
Материал сделан из углеродного волокна — тонких нитей диаметром 6–10 микрометров. Они стойко выдерживают воздействие химическими реагентами, перепады давления и температуры. Волокна обладают малой плотностью, при этом не подвержены деформации, а в вакууме не разлагаются даже при 3700 градусах. При разных температурах волокна почти не меняют размер — это важное свойство для электроники: при нагреве и остывании такой материал не будет «ломать» микросхемы.
Специалисты обработали углеродное волокно сильным электрическим полем. Оно «настроило» атомы углерода, придав им способность превращать свет и тепло в электричество. После обработки волокно стало лучше поглощать энергию и эффективнее пропускать электроны.
Улучшенные волокна создают фотоэлектродвижущую силу — она возникает благодаря способности нитей преобразовывать энергию света или тепла в электричество. Когда на нить попадает электромагнитное излучение (например, солнечный свет или инфракрасные лучи от нагретых объектов), электроны в материале возбуждаются и начинают двигаться, создавая разность потенциалов, — это и есть фото-ЭДС.
По сути, нить работает как миниатюрная солнечная батарея, но, в отличие от классических фотоэлементов, углеродное волокно реагирует на более широкий спектр излучения, включая видимый свет и тепло (инфракрасные волны). Это позволяет материалу генерировать ток даже в условиях слабого освещения или от нагрева, что особенно полезно для применения в космосе и носимой электронике.
У разработки есть зарубежные аналоги — ткань, которая преобразует в электричество электромагнитное излучение в видимом диапазоне спектра, то есть работает только от света. Ткань российских ученых обладает фоточувствительностью и в инфракрасном диапазоне, то есть реагирует на тепло, — это расширяет возможности ее применения.
В будущем ткань на основе модифицированных углеродных волокон может служить для теплоизоляции ракет и генерации энергии от солнечного тепла, а также для носимой электроники (например, умных часов), питаемой за счет тепла человеческого тела.
Оригинал статьи и другие материалы об энергетике читайте на сайте журнала «Энергия+».