"Акробатическая" полимерная пленка может собирать энергию из водяного пара

Команда исследователей из института интегративных исследований рака и опухолей им. Давида Коха от Массачусетского технологического института недавно разработали новую полимерную пленку, которая генерирует энергию от водяных паров. Изготовленный из полимерных пленок, материал совершает в буквальном смысле акробатические кульбиты в присутствии даже крошечных следов испарившейся воды, тем самым открывая путь для разработки новых типов искусственных мышц или питания устройств.

В конструктивном плане новый материал очень прост. Он состоит из двух слоев пленки в 20 микрометров толщиной. Первый слой изготовлен из полипиррола, полимера высокой жесткости, который обеспечивает структурную поддержку, а второй слой изготовлен из полиола-бората, мягкого геля, который расширяется при поглощении влаги. Предыдущие попытки разработки подобных «искусственных мышц» опирались на однослойный материал, но использование двух слоев показало явное улучшение. По словам исследователей, объединив два вида полимеров, они смогли достичь гораздо большей амплитуды движений материала и, как следствие, собрать большее количество энергии.

Основной принцип действия нового материала заключается в использовании разницы между показателями влажности в сухой и влажной средах. Если положить его на поверхность даже с небольшим количеством влаги, нижний слой расширяется. При этом сам материал начинает выгибаться, а вода на поверхности нижнего слоя – испаряться, что «заставляет» материал снова прогибаться и касаться влажной поверхности. Цикл «акробатического сальто» повторяется.

Это не просто лабораторная диковинка. Во время своих извивающих движений полимерная пленка проявляет достаточное количество силы. Так, 25-миллиграммовая пленка может поднять в 380 раз больше собственного веса. По словам исследователей, этого достаточно, чтобы заменить электрические приводы в конечностях небольших роботов. Более того, материал может приводить в движение манипуляторы без необходимости изменения окружающей среды. Если есть влага – пленка будет работать.

Благодаря этому свойству, материал можно будет использовать не только в качестве мини-двигателя, но и как источник питания. Например, в пьезоэлектрических устройствах для производства электроэнергии. В настоящее время пленка может производить 5,6 нановатт, которых достаточно для запуска микроэлектронных устройств с ультранизким энергопотреблением.