"Умное" оконное стекло аккумулирует энергию дождя и ветра

Погода вдохновила исследователей на создание нового «умного» оконного стекла. Оно способно менять тон, аккумулируя энергию дождя и ветра. Такой подход представляет альтернативу другому типу «умных» стекол, которые работают от батареек, солнечных панелей или от сети. Новое стекло использует наноразмерные электрогенераторы, работающие от силы трения. Если их включить, множество мельчайших наногенераторов, которые нанесены в два слоя на поверхность стекла, создают электрический ток, который придает окну темно-синий оттенок. О разработке рассказывает Science.

По словам Лиминг Дей (Liming Dai), инженера наноматериалов из Университета Кейс Вестрен Резерв в Кливленде (США), инновация использует энергию из возобновляемых источников, созданных самой природой. «Умное стекло», которое меняет свои свойства, удерживая свет или тепло, существует уже несколько десятилетий. Другим примером могут служить антибликовые задние стекла автомобилей или окна, которые меняют цвет для экономии энергии и сохранения тайны частной жизни. Но большинство таких технологий довольно дорогие, и люди по-прежнему ждут появления новых способов питания «умных» окон. Батареи и другие технические приспособления, применяемые в прежних поколениях стекол, нельзя назвать экологичными, а солнечные панели могут снижать видимость, загораживая просвет.

В новом поколении стекол наружный слой генераторов собирает статическое электричество от дождя. Когда капля с неба попадает на стекло, контакт между водой и стеклом создает положительный заряд внутри капли. «Умное» стекло покрыто сетью наноскопических пирамидок, изготовленных из отрицательно заряженного материала под названием полидиметилсилоксан, который создает ток. Второй слой маленьких «электростанций» находится непосредственно под первым. Он конвертирует в электричество энергию ветра. Этот слой состоит из двух листов заряженного прозрачного пластика, разделенных наноразмерными пружинками. Когда ветер толкает стекло, трение двух слоев пластика создает статическое электричество.

Во время испытаний новое стекло создавало до 130 милливатт на кв. м — ток, который способен поддерживать работу кардиостимулятора или смартфона в режиме ожидания. Чжун Ван (Zhong Wang), инженер из Технологического института Джорджии в Атланте (США), объяснил, что ток, производимый окнами, может стать источником дополнительного электроснабжения дома или офиса. Немного, но при массовом использовании совсем небесполезно.

Однако новое стекло должно пройти серьезную доработку, прежде чем поступить на рынок. В данный момент стекло может генерировать электроэнергию, но не пока еще не может аккумулировать ее. Лиминг Дей рассказывает, что для этой цели разработчики планируют встроить в структуру стекла прозрачные суперконденсаторы. Также команда инженеров работает над тем, чтобы повысить энергоэффективность наногенераторов. На сегодняшний день «умное» стекло может конвертировать в электричество до 60% механической энергии, с которой оно сталкивается. Бесплатные источники энергии — вокруг нас, нужно только научиться их грамотно использовать, говорят исследователи.

С момента создания своей первой разработки — тротуарного освещения, заряжающегося от шагов прохожих, представленной в 2012 году и самоочищающихся датчиков для систем безопасности, Чжун Ван и его группа презентовали целый ряд проектов.