Электричество из тепла: новая жизнь старого открытия

Источник: phys.org

Еще 2300 лет назад греческий философ Теофраст заметил необычное явление — при нагреве кристалл турмалина начинает притягивать небольшие соломинки. В 21 веке пироэлектрический эффект стал основой работы устройства, преобразующей температурные колебания в электричество. Традиционно для конвертации тепловой энергии используется совершенно другая технология, основанная на эффекте Зеебека, когда разница температуры двух концов проводника способствует диффузии носителей заряда. Но достижение значительного температурного градиента в реальной жизни не всегда возможно.

Пироэлектрический эффект позволяет добывать электричество как при охлаждении, так и при нагреве всего объема кристалла. Важно лишь, чтобы температура менялась с течением времени. Пироэлектрики — это особый вид диэлектриков, молекулярная структура которых меняется в результате внешних воздействий (тепловых и/или механических). Возникает электронный дисбаланс, который может служить источником тока. Команда ученых из Технологического института Джорджии (США) под руководством Чжунь Линь Вана создала наногенератор, работающий за счет пироэлектрического эффекта. В приборе имеются две пластины, одна из которых — серебряная, а другая изготовлена из смешанного оксида олова и индия (ITO).

Между ними расположены стоящие вертикально нанонити оксида цинка — этот материал используется во множестве отраслей. Устройство может вырабатывать энергию при любых колебаниях температуры, даже при смене времени суток (днем обычно теплее, чем ночью). Коэффициент преобразования теплового потока в электричество составляет 0,05–0,08 В·м²/Вт. Как отмечают ученые, в своем нынешнем виде наногенератор может использоваться для подачи питания на различные датчики, медицинские приборы и т. п. В случае масштабирования технологии область применения разработки может серьезно расшириться. Правда, для этого необходимо придумать, как заменить серебро на более дешевый металл.