Группа ученых из Колумбийского университета и Технологического института Джорджии, возглавляемая профессором Джеймсом Хоном (James Hone), продемонстрировала, что тонкий слойдисульфида молибдена (MoS2) при определенных условиях может являться источником электрической энергии в случае, когда слой этого материала подвергается механической деформации. Созданный учеными на основе дисульфида молибдена, молибденита, электрический генератор является очень легким, гибким и его с уверенностью можно назвать самым тонким электрическим генератором в мире.
Следует отметить, что физический эффект, который отвечает за производство электричества при деформации материала, называется пьезоэлектрическим эффектом. Этот эффект хорошо известен и широко используется людьми в самых различных областях. Но данный случай с дисульфидом молибдена является первым случаем в истории науки, когда пьезоэлектрический эффект наблюдается у материала столь малой толщины. Еще интересен тот факт, что дисульфид молибдена в его естественном виде абсолютно не демонстрирует никаких пьезоэлектрических свойств. И лишь в прошлом году ученые получили теоретические доказательства возможности проявления пьезоэлектрического эффекта в монослое такого материала.
“Дисульфид молибдена является материалом условно одноатомной толщины. Гибкие и прозрачные устройства на основе этого материала могут быть включены в предметы повседневного обихода и в одежду, где они при помощи энергии ваших движений могут вырабатывать электрическую энергию, приводящую в действие медицинские устройства и малопотребляющую носимую электронику” – рассказывает профессор Джеймс Хон, – “И вполне вероятно, что мощности, вырабатываемой такими электрическими пьезогенераторами, может вполне хватить для подзарядки вашего мобильного телефона, лежащего в вашем же кармане”.
Опытный образец гибкого пьезогенератора представляет собой эластичное полимерное основание, на которое нанесено несколько слоев дисульфида молибдена, соединенных крошечными электродами в определенной последовательности. Эти же электроды служат для отвода вырабатываемой энергии и для проведения измерений электрических параметров устройства при различных видах механической деформации, которой оно подвергалось во время испытаний. Испытания показали, что один слой дисульфида молибдена вырабатывает максимальное напряжение около 15 мВ при токе 20 пА, а эффективность преобразования механической энергии в электрическую составляет 5.08 процента, что весьма немало для пьезоэлектрических генераторов.
Во время испытаний ученые обнаружили, что наибольшее электрическое напряжение вырабатывается генератором при нечетном количество слоев дисульфида молибдена и при сгибании его структуры строго в определенном направлении. При сгибании генератора в других направлениях его эффективность значительно снижается, а в некоторых случаях и падает до нуля.
И в заключение следует заметить, что дальнейшие работы в этом направлении позволят ученым повысить эффективность преобразования энергии пьезогенераторами на основе дисульфида молибдена и снизят их зависимость от направления деформации. После этого такие генераторы смогут стать источниками энергии для электронных устройств, приводимых в действие естественными движениями человека, энергией ветра, воды и других источников механических колебаний.