Любой, кто когда-либо был свидетелем молнии, пронесшейся по небу, знает, что воздух вокруг нас может быть наполнен поразительным количеством энергии. Новое исследование показывает, что часть этой энергии можно получить с помощью простой перфорированной нанопленки, которую можно изготовить из поразительного разнообразия материалов.
В 2020 году Джун Яо, доцент кафедры электротехники и вычислительной техники Университета Массачусетса в Амхерсте, и его коллеги вырастили нанопроволоки из бактерий, известных как Geobacter Sulfreducens . Ученые показали, как эти провода могут непрерывно вытягивать электричество из воздуха , собирая даже небольшое количество влаги. Система основывалась на химическом составе нанопроволок и пор в пленке, которая их покрывала.
Опираясь на это исследование, Яо и его команда обнаружили, что тип нанопроволоки, задействованной в процессе, не имеет значения. Настоящая хитрость, говорят они, связана с размером пор в пленке.
«После открытия Geobacter мы поняли, — говорит Яо, — что способность генерировать электричество из воздуха — то, что мы тогда назвали «эффектом генерации воздуха», — оказывается универсальной: буквально любой материал может получать электричество из воздуха, если он обладает определенным свойством».
Свойство, о котором он говорит, связано с так называемой «длиной свободного пробега» — расстоянием, которое может пройти одна молекула любого вещества, прежде чем столкнуться с другой молекулой. Для воды, такой как та, которая образует влажность воздуха, расстояние составляет 100 нанометров (нм), или меньше одной тысячной ширины человеческого волоса.
Как и в предыдущем исследовании, новое исследование включает два слоя нанопленки. Верх имеет перфорацию размером менее 100 нм. Это действует как сито, которое удерживает молекулы воды на поверхности, пока они ждут, чтобы протиснуться через поры. Когда эти молекулы собираются на верхнем слое пленки, они генерируют естественный электрический заряд, превышающий заряд нижнего слоя пленки. Дисбаланс между двумя слоями эффективно создает электрический ток, подобно тому, как молнии образуются в облаках .
«В воздухе содержится огромное количество электричества», — говорит Яо, главный автор новой газеты. «Подумайте об облаке, которое представляет собой не что иное, как массу капель воды. Каждая из этих капель содержит заряд, и при подходящих условиях облако может произвести разряд молнии, но мы не знаем, как надежно улавливать электричество. от молнии. То, что мы сделали, так это создали небольшое искусственное облако, которое предсказуемо и непрерывно производит для нас электричество, чтобы мы могли его собирать».
Яо говорит, что, поскольку эффект генерации электричества основан исключительно на размере пор, система может быть изготовлена из различных материалов.
Это не первый раз, когда мы наблюдаем исследования, направленные на получение электричества из воздуха. В прошлом году акции австралийской компании Strategic Energy резко подскочили после того, как она объявила о своей технологии «Energy Ink» , которая использует влажность окружающей среды, например пот, вырабатываемый человеческим телом, для выработки электроэнергии. А до этого ученые Тель-Авивского университета использовали в качестве вдохновения грозовые облака и создавали напряжение с помощью атмосферного водяного пара и металлических поверхностей .
Тем не менее, если исследование Университета Массачусетса в Амхерсте приведет к практическому применению, оно может стать значительным шагом вперед в этой области благодаря своей простоте. Кроме того, команда говорит, что, поскольку нанопленка такая крошечная, ее укладка будет простой и может привести к выработке электроэнергии на уровне киловатта.
Исследование опубликовано в журнале Advanced Materials .
Будьте в курсе в удобном формате, присоединяйтесь: TG-канал и ВК
Бесплатная служба распространения новостей для научных организаций и стартапов
hello@technovery.com