Самый маленький генератор в мире

Если пьезоэлектрические материалы деформируются, возникают электрические напряжения. Теперь исследователи впервые смогли генерировать электричество с помощью тонких слоев отдельных атомов. Таким образом, возможны крошечные генераторы.

Пьезоэлектрический эффект хорошо известен: в некоторых твердых телах в результате механической деформации возникает электрическое напряжение. Сжимая или растягивая эти материалы, можно генерировать электрическую энергию. Теоретически это должно быть возможно даже с очень тонкими слоями отдельных атомов. Исследователям из Колумбийского университета и Технологического института Джорджии удалось доказать этот эффект на атомных слоях дисульфида молибдена (MoS_{2). Такие чрезвычайно плоские материалы в будущем могут служить мини-электростанциями.}

MoS_{2 на самом деле не имеет пьезоэлектрических свойств. Однако серо-черное вещество состоит из множества отдельных, почти двумерных кристаллических слоев. Поэтому исследователи давно подозревали, что эффект может иметь место внутри таких слоев, поскольку пьезоэлектрический эффект широко распространен в кристаллах. Атомы кристалла образуют хорошо структурированную сеть - кристаллическую решетку. В этой структуре локальные различия зарядов компенсируются наружу. Однако если изменить положение атомов по отношению друг к другу, например, путем сжатия или растяжения, то создается электрическое напряжение. И наоборот, приложение электрического напряжения приводит к деформации материала.}

Чтобы показать, что кристаллические слои MoS₂ также обладают пьезоэлектрическими свойствами, группа ученых под руководством Чжун Линя прикрепила их к гибкой пластиковой полоске - по отдельности или несколько друг над другом.. Теперь они могли сдвигать атомы в решетке друг относительно друга, сгибая пластик. С помощью двух мини-электродов они измерили электрическое напряжение в сети. И действительно: Напряжение возникает - но только если количество слоев нечетное. Генерируемое электрическое напряжение даже больше в отдельных слоях. При четном числе слоев возникает тот же эффект, что и при большем количестве MoS_{2: разности напряжений в среднем компенсируют друг друга.}

Электрическое напряжение на кристаллических слоях MoS_{2 может быть преобразовано в электрический ток и, таким образом, использовано в качестве энергии. Такие мини-генераторы были бы очень легкими, прозрачными и эластичными, то есть очень гибкими. Поэтому видение исследователей состоит в том, чтобы интегрировать их в большое количество технических устройств или даже в функциональную одежду. Джеймс Хоун, соавтор исследования, предполагает, что вплетенные пьезоэлектрические слои будут производить электричество только от нашего движения - то есть просто при беге или ходьбе - и будут, например, заряжать мобильный телефон в кармане брюк.. Представляемый сейчас мини-генератор на это далеко не способен: измеренный максимальный ток составил 37 пикоампер при напряжении 27 милливольт. Только огромная сеть таких слоев может генерировать достаточно электроэнергии, например, для зарядки мобильного телефона. При такой производительности нам пришлось бы прожить миллионы, если не миллиарды лет, прежде чем батарея окончательно разрядится.}