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カーペットの上で靴を引きずった後に金属に触れると痛みを伴う衝撃を引き起こすこの現象は、いつか個人用電子機器の充電に利用される可能性がある。
ジョージア工科大学の研究者らは、静電気を利用して、ポケットの中で携帯電話が跳ね回るような動きを、携帯電話のバッテリーを充電するのに十分な電力に変換するデバイスを開発した。この種の材料が個人用電子機器に電力を供給するのに十分な力を持っていることを初めて実証した。
歩いたり、そわそわしたり、呼吸したりするときに発生する過剰なエネルギーは、理論的には、医療用インプラントやその他の電子機器に電力を供給するために回収されます。ただし、このような小さな動きのエネルギーを活用するのは困難です。
王忠林ジョージア工科大学の材料科学教授である彼は、主に機械的ストレス下で電圧を生成する圧電材料に焦点を当てて、数年間この問題に取り組んできました。 Wangらは、材料をナノスケールで構造化することによって圧電効果を増幅させた。しかし、これまでのところ、圧電ナノ発電機の出力はそれほど優れていません。
今回、Wang のグループは、静電気と摩擦という別のアプローチがより有望である可能性があることを実証しました。これは、乾いた日に髪にプラスチックの櫛を通すと、髪が逆立ってしまう効果です。ジョージア工科大学の研究者らは、摩擦電気効果と呼ばれるこの静電気現象を、ある種のプラスチック、ポリエチレン テレフタレート、および金属を使用して発電に利用できることを実証しました。
これらの材料の薄膜が互いに接触すると、それらは帯電します。 2 つのフィルムを曲げると、それらの間に電流が流れ、それを利用してバッテリーを充電できます。 2 つの表面がナノスケール構造でパターン化されている場合、その表面積ははるかに大きくなり、材料間の摩擦や材料が生み出す力も大きくなります。
ジョージア工科大学のナノ発電機は機械運動のエネルギーの 10 ～ 15% を電気に変換でき、より薄い材料では 40% も変換できるはずだとワン氏は言う。指の爪ほどの大きさの正方形の摩擦電気ナノマテリアルは、曲げると 8 ミリワットを生成でき、これはペースメーカーを動作させるのに十分な電力です。 5 × 5 センチメートルのパッチで 600 個の LED を一度に点灯したり、商用携帯電話に電力を供給できるリチウムイオン電池を充電したりできます。ワン氏のグループはこれらの結果をオンラインの雑誌で説明したナノレター。
「材料の選択肢は幅広く、デバイスの製造は簡単です」と Wang 氏は言います。約 50 種類の一般的なプラスチック、金属、その他の材料を組み合わせて、このタイプのデバイスを作成できます。
「ここの電力密度には感銘を受けました」と彼は言います。シャシャンク・プリヤ、バージニア工科大学環境発電材料およびシステムセンターのディレクター。他のスマート材料は実用化に十分な電力を生成できていないと彼は言う。
新しいナノ発電機が研究室の外で機能するかどうかはまだ分からない。 「彼らは、これが現実の機械振動から電力を生成できることを実証する必要があります」と彼は言います。ジャンユー・リー、シアトルのワシントン大学機械工学教授。
現実世界で機能するには、エネルギースカベンジャーが最も多くのエネルギーを提供する振動周波数を拾うことができなければなりません。低エネルギーの機械振動しか感知できないナノ発電機では、携帯電話を充電するには時間がかかりすぎるとプリヤ氏は指摘する。ワン氏は、特定用途向けのエネルギースカベンジャーの開発について企業と協議中で、腕章に装着することを構想していると述べた。
