Поєднання двох матеріалів створює високоефективний наногенератор

Популярність переносної електроніки спричинила попит на її частини, включно з джерелами живлення, такими як трибоелектричні наногенератори (TENG). Такі джерела живлення повинні бути як еластичними, так і високопродуктивними, витримувати різні умови деформації протягом годин використання. Щоб покращити дизайн і продуктивність TENG, дослідники Penn State поєднали пористий 2D матеріал, відомий як MXene, і нанокомпозит з графенової піни, створений за допомогою лазера, щоб утворити систему матеріалів, яка робить TENG еластичним і здатним працювати на динамічних поверхнях, таких як шкіри людини або листя рослини.

«Завдяки поєднанню двох матеріалів TENG може розтягуватися за різних рівнів деформації, продовжуючи накопичувати кінетичний рух для живлення пристрою», — сказав Хуанью «Ларрі» Ченг, Джеймс Л. Хендерсон-молодший, доцент інженерного факультету Memorial. Наука та механіка в Інженерному коледжі штату Пенсільванія.

Робота базується на попередніх дослідженнях, які створили суперконденсатори з автономним живленням для використання в переносних датчиках, але, за словами Ченга, у минулому TENG не були за своєю суттю еластичними. Пористі нанокомпозити MXene-графенової піни роблять це можливим.

TENG має низку унікальних застосувань, зокрема для використання в особистих тренуваннях.

«Пристрій може сигналізувати особистому тренеру, якщо його учень, який використовує переносний датчик, займає правильне положення для вправи або розтягується або рухається занадто далеко в небезпечному напрямку», — сказав Ченг. «Це також може попередити тренера, якщо його учень перетренується».

TENG також можна застосовувати до змінних поверхонь, таких як лист рослини.

«Звичайні датчики не можуть рости або деформуватися зі зміною природи листя», — сказав Ченг. «Цей пристрій можна використовувати протягом днів, тижнів, місяців або років, коли він росте та розтягується разом із листком із постійним автономним живленням».

При застосуванні до кімнатної рослини датчик TENG може виявити зловмисника, який проходить повз нього, відчуваючи вітер, який створює людина. Датчик може подати звукову сигналізацію або включити світло в будинку, щоб відлякати зловмисника. Датчик також можна застосувати до водопровідного крана та виявляти незначні краплі під час їх падіння.

«Це може допомогти зберегти енергію та ресурси, попередивши користувача про витік», — сказав Ченг.