Полимерная пленка: электричество из пара

Инженеры Массачусетского технологического института создали новую полимерную пленку, которая может генерировать электричество, используя водяной пар.

Разумеется, речь не идет о громадных турбинах и перегретом паре под огромным давлением. Представленная полимерная пленка использует растворенную в воздухе влагу.

Новый материал изменяет свою форму после поглощения небольшого количества парообразной воды. В результате тонкая пленка многократно сворачивается и разворачивается. Этого движения достаточно для питания небольшого манипулятора, микроэлектронных устройств и датчиков. Новый материал может найти самое широкое применение, уверены разработчики: от электрогенераторов в одежде до «вечных» сенсоров.

Пленка состоит из взаимосвязанных сетей двух различных полимеров. Один из них – полипиррол – образует твердую, но гибкую матрицу-подложку. Другой полимер – полиол-борат – это мягкий гель, который набухает при поглощении воды. В предпринимавшихся ранее экспериментах исследователи использовали только полипиррол, но его реакция на водяной пар была слабой.

Пленка использует энергию градиента между сухой и влажной средами. При помещении куска пленки толщиной 20 микрон на слегка увлажненную поверхность, нижний ее слой поглощает водяные испарения, в результате чего пленка выгибается вверх. Как только нижний слой пленки начинает взаимодействовать с воздухом, влага быстро высвобождается, пленка делает кувырок вперед и начинает снова выгибаться. При повторении этого цикла непрерывное движение преобразует химическую энергию градиента влажности в энергию механическую.

Подобные пленки могут выступать в роли привода роботов или электрогенераторов. В ходе экспериментов 25-миллиграммовая пленка смогла поднять стопку стеклянных пластин массой в 380 раз больше собственного веса. Механическую энергию движения пленки легко преобразовать в электричество – достаточно связать полимерную пленку с пьезоэлектрическим материалом, и система, за счет конвертации механического напряжения в электрический заряд, может генерировать в среднем 5,6 нановатт.