В недавнем исследовании описывается полимерная пленка, пропитанная специальным соединением, вырабатывающим электричество при сжатии или напряжении. Это явление известно как пьезоэлектрический эффект. И хотя сегодня существуют другие материалы, работающие по тому же принципу, инновация имеет высокую производительность и не содержит свинца, что делает ее отличным кандидатом для использования в машинах, инфраструктуре, а также в биомедицинских приложениях.

"Свинец токсичен и его все больше ограничивают и постепенно выводят из производства материалов и устройств. Нашей целью было создать материал, который не содержал бы свинца и мог бы быть изготовлен недорого с использованием элементов, обычно встречающихся в природе", — говорит соавтор исследования Нихил Кораткар.

Пленка для сбора энергии, толщина которой составляет всего 0,3 миллиметра, может быть интегрирована в самые разные устройства, машины и конструкции. "По сути, материал преобразует механическую энергию в электрическую — чем больше приложенная нагрузка и чем больше площадь поверхности, на которую оказывается давление, тем больше эффект, — объясняет Кораткар. — Например, его можно использовать под автомагистралями для выработки электроэнергии, когда по ним проезжают автомобили. Пленка также может быть применена в строительстве, вырабатывая электричество, когда здания вибрируют".

Пьезоэлектрический эффект возникает в материалах, в которых отсутствует структурная симметрия. Под действием напряжения они деформируются таким образом, что разделяют положительные и отрицательные ионы внутри материала. Этот "дипольный момент", как его называют в науке, можно использовать и превратить в электрический ток. В материале, разработанном командой Политехнического института Ренсселера, структурная симметрия может быть легко нарушена под действием напряжения, что приводит к выраженному пьезоэлектрическому отклику.

После того как ученые синтезировали свой новый материал, содержащий барий, цирконий и серу, они проверили его способность вырабатывать электричество под воздействием ходьбы, бега, хлопков в ладоши и постукивания пальцами. Выяснилось, что полученной энергии достаточно для питания светодиодных батарей. По словам Нихила Кораткара, тесты показывают, что материал может быть полезным, например, для бегунов или велосипедистов: работающая от движения тела лампочка осветит путь и сделает человека заметным.

Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.