Вдохновлённые классической игрушкой в виде пьющей птицы, учёные из Гонконга и Гуанчжоу (Китай) разработали двигатель, который эффективно преобразует энергию испарения воды в электричество для питания небольшой электроники. Согласно исследованию, опубликованному 14 марта в журнале Device, устройство выдаёт напряжение свыше 100 вольт — гораздо выше, чем другие технологии, генерирующие электричество из воды, — и может работать в течение нескольких дней, используя в качестве топлива всего 100 миллилитров воды.
«Трибоэлектрический гидроэлектрический генератор из пьющей птицы предлагает уникальное средство для питания небольшой электроники в открытых пространствах, используя воду в качестве легкодоступного источника топлива, — сказал Хао Ву, профессор Южно-Китайского технологического университета и первый автор исследования. — Я до сих пор испытываю удивление и восторг, когда вижу реальные результаты».
Игрушка в виде пьющей птички уже несколько десятилетий является неотъемлемым атрибутом научных классов. Игрушка состоит из двух стеклянных колб, соединённых стеклянной трубкой, в которой хранится летучая жидкость — хлористый метилен.
Верхняя часть колбы, включающая клюв птицы и декоративный колпак, покрыта материалом, похожим на войлок, а тело птицы подвешено на двух пластиковых ножках. После того как голова птицы погружается в стакан с водой, та начинает испаряться. В результате возникает разница давлений, из-за которой жидкость в нижней колбе поднимается по трубке, пока не заполнит «голову», заставляя птицу погружаться в воду, чтобы «попить», прежде чем процесс начнётся снова.
Устройство «Пьющая птица», питающее 20 ЖК-дисплеев.
Когда Ву была постдоком в группе профессора Зуанкай Ванга в Гонконгском политехническом университете и ломала голову над тем, как создать большее напряжение на выходе генератора энергии испарения, она вспомнила об игрушке «Пьющая птица», и её поразила мысль, что её можно использовать не только как инструмент для демонстрации физических концепций.
«Я начала размышлять о том, можно ли сначала преобразовать энергию испарения в механическую энергию, а затем перевести её в электричество, — говорит Ву. — Именно тогда мне пришла в голову идея использовать игрушку в виде пьющей птицы. Благодаря этому вдохновению родилась концепция трибоэлектрического гидроэлектрического генератора».
Для создания генератора Ву и её коллеги разместили два модуля трибоэлектрического наногенератора, которые собирают механическую энергию, по обеим сторонам двигателя пьющей птицы, который они реконструировали из коммерческой игрушки пьющей птицы. Исследователи протестировали прототип с помощью разнообразной мелкой электроники, используя его для питания 20 жидкокристаллических дисплеев (ЖК-дисплеев), температурных датчиков и калькуляторов.
Распределение температуры над поилкой птицы.
Преодоление трения, которое замедляло работу генератора, было одной из главных задач исследования, говорит Ву. Исследователи прикрепили узорчатые волокна в качестве материалов для переноса заряда в модулях трибоэлектрического наногенератора. Эта стратегия помогла снизить трение и позволила устройству работать более плавно.
На следующем этапе своих исследований команда планирует разработать новую пьющую птицу, а не использовать имеющуюся в продаже игрушку, с целью более эффективного преобразования испарения воды в электрическую энергию.
«Кроме того, мы будем изучать различные возможности применения этого устройства для создания практичного продукта, который можно будет использовать в повседневной жизни», — говорит Зуанкай Ванг, автор данного исследования и профессор кафедры Гонконгского политехнического университета.
