Исследователи из центра материаловедения Индийского технологического института в Харагпуре разработали наногенератор и самозаряжающийся суперконденсатор в одном корпусе. В основе устройства — нетоксичный экологически чистый гидрогель из семян мимозы стыдливой, благодаря которому можно питать медицинские импланты долго и безопасно.
В семенах мимозы содержатся тубулин, гликозифлавоны, фенольный кетон, буфадиенолид, полисахариды глюкуроноксилана и другие азотсодержащие биолиганды. Эти компоненты, в свою очередь, содержат группы −OH, которые при физической деформации преобразуют механическое напряжение в электроэнергию за счет внутренних водородных связей.
Как пьезоэлектрический наногенератор устройство выдало 13,5 В и 2,98 мкА, превзойдя многих биоконкурентов. Гидрогель продемонстрировал пьезоэлектрический коэффициент 24 пКл/Н и эффективность преобразования энергии 40,2%.
Как суперконденсатор разработка сумела сохранить 87,5% емкости после шести тысяч циклов работы. Плотность энергии составила 125,4 Вт·ч/кг при плотности мощности 1200 Вт/кг.
Новое устройство позволит избежать рискованных операций по замене батарей в имплантах. Разработка также способствует созданию гибкой электроники для мониторинга здоровья и датчиков интернета вещей (IoT), снижая зависимость от токсичных материалов и продвигая циклические энергетические системы.
В будущем ученые планируют усовершенствовать наногенератор и суперконденсатор и протестировать их в различных электронных устройствах. Поскольку гидрогель, полученный из семян мимозы, подвержен разложению, исследователи также намерены улучшить его пьезоэлектрический отклик путем изменения структуры.
Дальнейшие исследования будут сосредоточены на масштабировании экономически эффективных методов синтеза электроактивных материалов и тестировании устройств на их основе в медицинских и носимых прототипах. Также планируется изучение мультифункциональности гибридных систем, объединяющих пьезоэлектрическую, трибоэлектрическую и солнечную энергию, сообщает Tech Xplore.
