Электротехники создали компактный микрогенератор, работающий на человеческой энергии.

Пьезоэлектрические микрогенераторы имеют способность преобразовывать внешнюю кинетическую энергию в электрическую благодаря физическим изменениям в окружающей среде, например, колебаниям или легким нажатиям пальцем. Основной принцип пьезоэлектрического эффекта заключается в том, что деформация объекта, выполненного из наноматериалов, приводит к образованию электрического заряда на его поверхности. Такой генератор может служить источником энергии при условии, что выходное напряжение и сила тока будут достаточно высокими.

Константы пьезоэлектрического заряда, присущие материалам генераторов, таким как пьезокерамика, работают весьма эффективно. Однако их хрупкость и высокая стоимость требуют поиска новых решений.

Композиты на основе галогенидов металлов и перовскитов представляют особый интерес для исследователей. Эти кристаллические соединения состоят из пяти атомов: двух положительных ионов и трех отрицательных. Они обладают фотофизическими, электрическими и структурными характеристиками, которые идеально подходят для сбора механической, а следовательно, чистой энергии. К числу их преимуществ относятся возможность обработки в растворе, гибкость и низкотемпературный синтез. Например, такие материалы используют для создания нанолазеров и светодиодов.

Несмотря на уникальные свойства, как отметили ученые из Университета Ватерлоо (Канада), этот материал уступает керамическим аналогам по плотности выходного тока. В предыдущих композитах, разработанных инженерами, наночастицы увеличивали диэлектрическую проницаемость, но снижали диэлектрическую прочность, то есть способность материала выдерживать высокое напряжение без электрического пробоя.

Эти характеристики стали основой для проектирования электротехников. Они увеличили первый показатель с помощью наночастиц с высокой проницаемостью и повысили второй, оптимизировав структуру перовскита. В ходе исследования авторы химически модифицировали наночастицы, чтобы уменьшить миграцию ионов, вызванную электрическим током, и улучшить пьезоэлектрический отклик.

По итогам испытаний ученые пришли к выводу, что устройство может демонстрировать рекордную эффективность при значительно меньших затратах на материалы. В научной работе, опубликованной в журнале Nature Communications, они отметили, что экономические и технологические преимущества использования органометаллгалогенидных перовскитов по сравнению с керамическими пьезоэлектриками открывают новые возможности для разработки.

Эту технологию можно использовать не только в портативной электронике, но и для более масштабных задач, таких как обеспечение электросветотехнического оборудования на самолетах.