Инженеры из Технологического института Джорджии разработали прозрачное устройство, генерирующее электрическую энергию при давлении и трении. В будущем подобное устройство может стать автономным источником питания сенсорных дисплеев или стать основой датчиков давления. Работа опубликована в журнале Nano Letters, ее краткое содержание приводится на сайте института.
Основными частями устройства являются две пластины, состоящие из разных полимеров. При трении электроны с одной из пластин переходят на вторую, создавая, таким образом, разность потенциалов.
Возникновение электричества при трении известно еще со времен Фалеса Милетского. Генераторы, работающие на основе трения, называются "трибоэлектрическими". Новизна данной работы заключается в том, что авторы установили, какая форма взаимодействующих поверхностей оптимальна для разделения зарядов. Дело в том, что при плотном контакте образующиеся заряды часто рекомбинируют, и эффективность генерации электричества падает. Для того, чтобы этого не происходило, сразу после разделения заряды требуется изолировать друг от друга и отвести к контактам. Изолятором в данном случае выступает промежуток воздуха между пластинами.
Ученые установили, что эффективность генерации зарядов в устройстве зависит от формы соприкасающихся поверхностей. В ходе экспериментов исследователи создавали при помощи фотолитографии кремниевые пластины с разной структурой поверхности и использовали их как формы для заливки полимера.
Среди испробованных структур поверхности были "складки", прямоугольники, пирамиды и гладкие поверхности. Оказалось, что с наибольшей эффективностью электричество производит трение полимерных пластин, поверхность одной из которых несет выступы в виде пирамид размером в несколько микрометров.
Прототип устройства, созданный учеными, оказался весьма чувствительным - он генерировал сигнал при давлении уже в 13 миллипаскаль. Поскольку использованные полимеры были практически прозрачны, то на основе разработанных полимеров можно создавать чувствительные сенсорные экраны, которые при прикосновениях смогут сами вырабатывать энергию для своей работы.