Ноу-хау российских ученых

Одна из самых больших проблем, связанных с гаджетами, – проблема их зарядки. Современные многофункциональные устройства без подключения к розетке или портативному аккумулятору способны работать очень ограниченное количество времени, особенно при их активном использовании. А что, если энергию для зарядки аккумуляторов будет давать человеческое тело?

Вспомните: в романе Сергея Лукьяненко «Сумеречный дозор» лесная колдунья добывала себе электричество, втыкая провод в помидор… Но нынче на дворе ХХI век, неужто на помощь человечеству не придут новейшие научные достижения? Оказывается, существует масса проектов по разработке альтернативных источников энергии на основе биотехнологий!
Например, компания MagCap Engi­neering из Массачусетса в сотрудничестве с изобретателем Гордоном Уодлом из Иллинойса начала эксперимент по выработке электроэнергии… из деревьев! Уодл разработал конструкцию, состоящую из воткнутого в дерево металлического прута и электрической схемы, фильтрующей ток и напряжение. Вырабатываемого электричества достаточно, чтобы зарядить, например, батарею мобильного телефона. Источником его служит непосредственно дерево, причем если оно без листьев, то напряжение повышается. Правда, пока получаемый таким образом электрический ток весьма слаб. Но, возможно, достаточно лишь слегка усовершенствовать генератор, чтобы построить альтернативную электросеть…
Но если растения способны вырабатывать тепловую и электрическую энергию, то не исключено, что ее источниками могут служить животные или даже люди! В фильме «Матрица» человеческие тела исполняют роль электрогенераторов для машин. Фантастическая антиутопия? Но так ли уж далеки от истины создатели фильма?
Взять хотя бы «умную» одежду. Уже изобретены куртки и рюкзаки, ремни и кроссовки, в которые вшиты зарядные устройства для мобильников, айподов и плееров. Причем работают они не на электричестве, а на солнечных батареях.
Американские компании Konarka и Tektronix, объединившись, изобрели новый полимерный материал Power Plastic. Он сам представляет собой солнечную батарею, генерирующую электрический ток. Необычайно тонкая лента имеет покрытие из наночастиц, превращающих фотоны в электроны. При этом ей можно придавать различные оттенки цветовой гаммы и степень полупрозрачности. На полимерную ткань наносится любой рисунок в зависимости от желаний заказчика.
Увы, мощность таких «аккумуляторов» пока слишком незначительна, чтобы что-то полноценно зарядить.
Куда более эффективный способ «подзаряжаться» предлагают специалисты кафедры функциональных наносистем и высокотемпературных материалов Научно-исследовательского технологического университета «МИСиС». Совместно с коллегами из Технологического университета Лулело (Швеция) и Йенского университета имени Фридриха Шиллера (Германия) наши соотечественники разработали полимерный термоэлектрический материал, который сможет аккумулировать в себе естественное тепло и передавать его мобильным гаджетам, например смартфонам или планшетам.
Вообще-то термоэлектрические материалы известны давно. До недавнего времени к ним относили химические соединения или металлические сплавы, способные преобразовывать тепловую энергию в электрическую, используя разницу температуры в местах присоединения проводников к пластине металла. Это явление называется эффектом Зеебека в честь немецкого физика Томаса Зеебека, открывшего его в 1921 году. Однако коэффициент полезного действия термогенераторов на основе таких сплавов не превышал 10%, так как для их работы требовалось нагревать пластины до нескольких сотен градусов.
Но оказалось, что термоэлектрическими свойствами обладают и некоторые полимеры. Так, в октябре 2017 года сотрудники Института физики имени Л.В.Киренского Федерального исследовательского центра «Красноярский научный центр Сибирского отделения РАН» под руководством кандидата физико-математических наук, научного сотрудника лаборатории молекулярной спектроскопии КНЦ СО РАН Александра Иваненко создали так называемое черное тело – материал, в состав которого вошли алмазно-графитовая смесь и полиэтиленовые гранулы. Он также способен поглощать тепло человеческого тела и в перспективе применяться для зарядки гаджетов.
Что же касается последней разработки НИТУ «МИСиС», тут за основу ученые взяли гибкий полимер полиэтилендиокситиофен (ПЭДОТ), обладающий высокой электропроводностью, которая возрастает за счет добавления большого количества упорядоченно расположенных нанотрубок на полупроводниковой подложке и химических включений. Материал нетоксичен, и для нагрева ему достаточно комнатной температуры.
Авторы надеются, что использование таких полимеров позволит устройствам работать дольше без дополнительного источника питания. Ведь розетка не всегда под рукой, а мощность внешних аккумуляторов, как правило, не слишком велика.
Главное – обеспечить соприкосновение материала с человеческим телом, говорит кандидат физико-математических наук Хабиб Юсупов. Для этого владельцу можно носить его на руке в виде браслета для смарт-часов или чехла для телефона, который достаточно будет просто взять в руки. Ведь наше тело само по себе вырабатывает энергию и способно передавать ее другим объектам. Электричество производится благодаря разнице между температурой поверхности аксессуара, которая соприкасается с кожей, и той, что с другой, «внешней», стороны. Естественное тепло просто не даст гаджетам разрядиться. Встроенные светодиоды, которые можно включить с помощью специальной кнопки, обозначат уровень заряда такой батареи.
Правда, зарядить уже полностью разрядившееся устройство таким образом, скорее всего, не удастся. Но срок его работы без традиционной зарядки можно существенно продлить. Как обещают разработчики, в режиме разговора мобильник будет работать дольше на несколько десятков минут, а в режиме ожидания – аж на несколько часов.