Ученые превратили детскую игрушку-птицу-питьницу в инструмент, способный генерировать полезную электроэнергию. Когда-нибудь генератор сможет питать множество небольших электронных устройств как внутри, так и снаружи. Во-первых, как работают немодифицированные водоплавающие птицы (они же водоплавающие птицы)? Его герметичный корпус состоит из двух стеклянных колб, соединенных стеклянной трубкой, одна из которых образует головку, а другая — хвост. Луковицеобразная часть головы имеет выступающий клюв и покрыта впитывающей тканью, а хвостовая луковица обнажена.
Тело водоплавающей птицы установлено на наборе пластиковых ножек, которые служат опорой, напоминающей качели, и наполнено летучим химическим веществом под названием метиленхлорид, некоторые из которых находятся в жидком состоянии, а другие — в газообразном. Поставьте перед игрушкой стакан с водой на высоте, позволяющей клюву птицы погрузиться в жидкость.
Пользователь сначала просовывает голову в стакан, позволяя тканевой оболочке втягивать воду через клюв. Как только голова отпускается, тело водоплавающей птицы возвращается в вертикальное положение из-за веса жидкого хлористого метилена в ее хвосте.
Когда вода испаряется из ткани, она создает охлаждающий эффект внутри пузыря головы. Это приводит к тому, что пары метиленхлорида в головке конденсируются в жидкость и стекают вниз в хвостовую пузырьковую секцию. Поскольку давление в нижней части тела теперь выше, чем давление в головке, жидкий хлористый метилен вытесняется обратно в трубку и в головку.
В результате центр равновесия игрушки смещается в такое положение, когда ее тело наклоняется вперед, погружая клюв в стакан, который впитывает больше воды. При этом между головой и нижней частью тела открывается чистый канал, выравнивающий давление. Затем жидкий хлористый метилен стекает обратно вниз, позволяя процессу начаться снова... и повторяться снова и снова.
Группа ученых под руководством профессора У Хао из Южно-Китайского технологического университета недавно добавила к одной из сторон игрушки два дискообразных трибоэлектрических наногенераторных модуля. Эти устройства используют трибоэлектрический эффект, когда определенные материалы заряжаются, когда трутся друг о друга, поэтому при расчесывании волос создается электростатический заряд. Поэтому все устройство получило название трибоэлектрический гидроэлектрогенератор (ДБ-ТГГ) «Пьющая птица».
В ходе лабораторных испытаний при комнатной температуре 24°C (75°F) и относительной влажности 20% ±5% устройство проработало 50 часов, используя всего 100 мл (3,4 унции) воды. Он также обеспечивает выходное напряжение до 100 В, которого достаточно для питания таких устройств, как калькуляторы, датчики температуры и 20 связанных ЖК-экранов.
В настоящее время ученые разрабатывают специально разработанный преемник DB-THG, который будет работать значительно лучше, чем существующие улучшенные игрушки.
«Трибоэлектрический гидроэлектрический генератор Waterbird обеспечивает уникальный способ использования воды в качестве легкодоступного источника топлива для питания небольших электронных устройств в условиях окружающей среды», — сказал Ву. «Я до сих пор удивляюсь и взволнован, когда вижу реальные результаты».
Статья об исследовании была недавно опубликована в журнале Device. Вы можете увидеть блок питания ЖК-дисплея DB-THG в действии на видео ниже.