Большинство современных бытовых устройств работает на электрохимической энергии, то есть на батареях. Литий-ионные аккумуляторы, например, преобразуют химические реакции в электрический ток, но при этом выделяют излишнее тепло. Но можно ли было бы использовать для этого другой источник энергии, например, лазеры?
Это интересное предложение, которое лежит в основе нового исследования Департамента химической и биологической инженерии в CU-Boulder. В своей недавней публикации в журнале Nature Materials, команда, под руководством профессора химии и электротехники Райана Хейворда, исследовала возможности использования миниатюрных кристаллов для непосредственного преобразования света в механическую энергию. При успешной реализации этой идеи можно было бы уйти от сложных батарей и связанных с ними проблем теплорегулирования.
Как пояснил Хейворд:
Мы фактически обходим этап преобразования энергии через посредника, а просто берем световую энергию и напрямую преобразуем ее в механическую деформацию.
Для достижения этой цели, в полимерный материал внедрены фотомеханические кристаллы. Этот материал напоминает губку с мельчайшими отверстиями. По мере роста кристаллов в этих каналах, их стойкость и способность генерировать энергию значительно увеличиваются под воздействием света. Это заставляет материал сгибаться или даже поднимать предметы, воссоздавая работу механического двигателя или привода в подходящих условиях.
Этот "легкий мотор" может быть удивительно мощным. В экспериментах полоска кристаллов массой 0,02 мг успешно подняла нейлоновый шарик массой 20 мг. Это, возможно, не впечатляющая величина, но она на 10 000 раз превосходит общую массу кристаллов.
Этот успех заметно превосходит предыдущие попытки, которые сталкивались с ограничением высокой структурной организации кристаллов, не позволявшей им изгибаться при воздействии света. Однако микрокристаллы, внедренные в термопластический полимер, показали более высокую гибкость. В исследовании утверждается, что это не только обеспечивает более высокую гибкость, но и позволяет материалу выдерживать по меньшей мере сотни циклов.
Однако прежде чем этот материал сможет полностью заменить батареи в качестве источника энергии для мобильных устройств, технологию нужно доработать, чтобы она стала более эффективной. Несмотря на это, улучшения в характеристиках нового материала по сравнению с предыдущими исследованиями вызывают интерес.
Хейворд заявил:
У нас еще долгий путь, особенно в части повышения эффективности, прежде чем эти материалы смогут действительно конкурировать с существующими источниками энергии. Однако он также подчеркнул, что это исследование является важным шагом в правильном направлении и указывает путь к будущему развитию этой технологии в ближайшие годы.
