Atklājumi.lv

Jauns materiāls ražos elektrību, izmantojot ūdens tvaikus

Masačūsetas Tehnoloģiju institūta inženieri (ASV) izstrādājuši jaunu organisku materiālu, kas var ražot enerģiju, izmantojot visuresošu avotu: ūdens tvaikus.

Jaunais materiāls, absorbējot nelielu daudzumu iztvaikojuša ūdens maina savu formu, atkārtoti saritinoties un atritinoties. Šīs enerģijas savākšana varētu darbināt robotu tverekļus (ekstremitātes) vai arī ģenerēt pietiekoši daudz elektrību, lai darbinātu tādas mikro un nanoelektroniskas ierīces, kā piemēram vidē izvietotus sensorus.

"Ja sensors darbojas, izmantojot bateriju kā strāvas avotu, jums tā ik pa laikam jānomaina," saka MTI Deivida H. Koha Vēža pētniecības integratīvā institūta pēcdoktorantūras pētnieks Mingming Ma, kurš ir vadošais autors pētījumam par jauno materiālu, kas publicēts žurnāla Science š.g. 11. janvāra numurā.

"Jaunais materiāls mūs ir ļoti iedvesmojis," stāsta raksta līdzautors, D.H. Koha institūta profesors Roberts Lendžers. Viņš uzskata, ka sasniedzot augstāku lietderības koeficientu, pārvēršot mehānisko enerģiju elektriskajā, materiāls radīs plašāku pielietojumu. Tie varētu būt gan lielizmēra ģeneratori, gan mazākas ierīces, kas nodrošinātu enerģiju apģērbā ievietotām elektroniskām ierīcēm.

Uzbūve

Materiāls ir lokšņveida, izgatavots no diviem, savstarpēji cauraustiem polimēriem. Viens no tiem, polipirols, veido cietu, bet lokanu matricu, kas loksnei nodrošina strukturālu satvaru. Otrs polimērs - poliolborats - ir mīksta želejveida masa, kas, absorbējot ūdeni, piebriest.

Iepriekšējos mēģinājumos izveidot ūdens ietekmē reaģējošas loksnes tika izmantots tikai polipirols, kas uzrāda krietni vājāku atbildes reakciju. Apvienojot abus polimērus vienā materiālā, pētnieki ieguva substanci, kas kustās lielākā amplitūdā un ar lielāku spēku.

Loksne izmanto enerģiju, kas atrodas ūdens gradientā starp sausu un mitru vidi. Kad 20 mikrometrus plānā loksne guļ uz virsmas, kas satur kaut nedaudz mitrumu, tās apakšējā daļa to absorbē un materiāls sāk locīties, atraujoties no virsmas. Tikko loksnes ūdeni absorbējusī daļa nonāk saskarsmē ar gaisu, tā ātri atbrīvojas no iegūtā mitruma, pārmet kūleni uz priekšu un atkal sāk locīties. Ciklam atkārtojoties, ūdens gradienta ķīmiskā enerģija tiek pārvērsta mehāniskajā enerģijā.

Izmantošana

Šādas loksnes varētu kalpot kā elektroenerģijas ģeneratoru motori. Tās patiešām ir ļoti spēcīgas - pētnieki veica eksperimentu, kurā 25 miligramus smagā loksne saliecoties spēja pacelt stikla plāksnītes, kas bija 380 reižu par to smagākas. Tāpat jaunā materiāla loksne, darbojoties kā ūdens dzīts "mini traktors" varēja pārvietot sudraba vadus, kas bija 10 reižu smagāki par pašu. Izmantojot kā enerģijas avotu tikai ūdeni, šādas loksnes varētu aizvietot ar elektriskām baterijām darbinātus nelielu robotu "locekļus".

Materiālam, lai tas sāktu darboties, nevajag daudz ūdens, Ma saka. "Būs pietiekoši pat ar pavisam mazu daudzumu."

Galvenā jaunā materiāla lokšņu priekšrocība ir tāda, ka to izmantošanai motoros nav nepieciešama vides apstākļu maiņa, tām nav nepieciešamas izmaiņas ne temperatūrā, ne skābumā.

Cits veids kā materiāla iegūto mehānisko enerģiju var pārvērst elektriskajā ir, polimēru loksni apvienojot ar kādu pjezoelektrisku materiālu, kas mehānisko spriegumu pārvērtīs elektriskajā lādiņā. Šāda sistēma varētu saražot vidēji 5,6 nanovatu jaudu, ko būtu iespējams uzglabāt kondensatoros, kuri kalpotu kā strāvas avoti tādiem vides sensoriem kā temperatūras un mitruma mērītājiem.

Šobrīd pētnieki turpina strādāt, lai materiālu uzlabotu, to piemērojot izmantošanai lielākos enerģijas ģeneratoros, kurus varētu izvietot, piemēram, virs upes.

Attēls: MTI publicitātes foto.

Avoti:

Mingming Ma, Liang Guo, Daniel G. Anderson, Robert Langer. Bio-Inspired Polymer Composite Actuator and Generator Driven by Water Gradients. // Science, 11 January 2013: Vol. 339 no. 6116 pp. 186-189 DOI: 10.1126/science.1230262

dpaonthenet.net

© Atklajumi.lv. Pārpublicēt atļauts tikai ievērojot ŠOS NOTEIKUMUS.