Почти каждый видел эту удивительную игрушку: фигурка птицы, без батареек и механизмов непрерывно наклоняется к воде, поднимается и повторяет этот цикл бесконечно. Ученым пришло в голову, что из такой игрушки выйдет отличный генератор электричества. Им удалось создать многообещающий прототип, которому не нужно топливо, а нужна только испаряющаяся вода.
Разработанный учеными из Гонконга и Гуанчжоу (Китай) генератор производит напряжение, превышающее 100 вольт – гораздо выше, чем другие методы, производящие электроэнергию из воды. И он может работать несколько дней, используя всего 100 миллилитров воды в качестве топлива.
«Трибоэлектрический гидроэлектрический генератор предлагает уникальное средство питания малой электроники в условиях окружающей среды, используя воду в качестве доступного источника, — сказал Хао Ву, профессор Южно-Китайского технологического университета и первый автор исследования. – Я все еще чувствую удивление и волнение, когда вижу реальные результаты».
Игрушка Птичка-птица десятилетиями была неотъемлемой частью научных классов. Игрушка состоит из двух стеклянных колб, соединенных стеклянной трубкой, внутри которой находится легколетучая жидкость метиленхлорида.
Верхняя колба, включающая клюв птицы и декоративный цилиндр, покрыта тканевым материалом, а тело птицы подвешено на двух пластиковых ножках.
После того, как голова птицы опускается в стакан с водой, вода начинает испаряться. Это приводит к охлаждению и вызывает разность давления, которая вынуждает жидкость в нижней колбе подниматься через трубку, пока она не заполнит голову, заставляя птицу снова погружаться вперед в воду, чтобы «напиться», увлажнив свой клюв для следующего цикла.
Когда Ву была аспирантом, ломая голову над тем, как создать большее выходное напряжение от генератора энергии испарения, она вспомнила игрушку-птичку, и ее поразила идея, что ее можно использовать как инструмент для демонстрации физической концепции.
Чтобы построить генератор, Ву и его коллеги разместили два модуля трибоэлектрических наногенераторов, собирающих механическую энергию, по обе стороны двигателя, который они реконструировали с коммерческой игрушки-птички. Исследователи протестировали прототип с различной небольшой электроникой, используя для питания 20 жидкокристаллических дисплеев (РК), датчиков температуры и калькуляторов.
Преодоление трения, замедлявшее работу генератора, было главной проблемой в исследовании, сказала Ву. Исследователи прикрепили волокна с узорами в качестве материалов для переноса заряда в модуле трибоэлектрических наногенераторов. Стратегия помогла уменьшить трение и позволила устройству работать более плавно.
На следующем этапе исследования команда планирует разработать новую птичку-птичку вместо коммерчески доступной игрушки с целью более эффективного превращения испарения воды в электрическую энергию.
