Zo šmirgľového papiera vytvorili nanogenerátor

Šmirgľový papier je dostať v každej predajni pre domácich majstrov. Zvyčajne ho používame na zdrsnenie alebo, naopak, vyhladenie rôznych druhov povrchov, napríklad dreva.

Juhokórejskí inžinieri mu však vymysleli omnoho kreatívnejšie využitie. Pripravili z neho elektródu do nanogenerátora elektrickej energie. Jeho prípravu a vlastnosti opísali vo vedeckom žurnále RSC Advances.

Hliník, zlato a šmirgeľ

Ako ukázali, nanogenerátor na báze šmirgľového papiera dokáže efektívne premieňať mechanickú na elektrickú energiu. Tomuto procesu sa odborne hovorí „triboelektrický jav“.

V princípe stačia na výrobu triboelektrického generátora dve elektródy, z ktorých jedna elektróny odovzdáva a druhá prijíma. Ak sa takéto dve elektródy od seba oddelia, zachovajú si svoje náboje. Ich opätovným spojením medzi nimi pretečie slabý prúd – až kým sa náboje nevyrovnajú. Opakovaním týchto dvoch procesov sa dá vytvoriť striedavý prúd.

Na zostrojenie elektród pre triboelektrický generátor sa môže použiť akýkoľvek kov. Autori si však vybrali hliník, najmä pre jeho vysokú elektrickú vodivosť, húževnatosť a veľmi nízku cenu.

Prvým krokom výroby nanogenerátora bolo pokrytie šmirgľového papiera vrstvou katalyzátora. Takto upravený papier namočili do roztoku hlinitej soli, ktorá pôsobením katalyzátora zredukovala na hliník – ten následne pokryl tenkou vrstvou celý povrch šmirgľa.

Druhá použitá elektróda je vyrobená zo zlata. Medzi ne výskumníci vložili vrstvu polyméru, ktorý mal uľahčovať prestup elektrónov. Okrem toho boli dva pliešky spojené pružinami, aby sa dali k sebe jednoducho priblížiť aj oddialiť bez rozpojenia.

„Zariadenie generuje elektrickú energiu na základe kontaktu a následnej separácie,“ približujú autori v štúdii. „Keď sa vrstva polyméru a hliníkom pokrytý šmirgľový papier k sebe priblížia pôsobením vonkajšieho tlaku, dôjde k lokálnemu prenosu elektrónov… ktoré začnú prúdiť z vrchnej (zlatej) elektródy na spodnú (hliník a šmirgeľ, pozn. red.).“

Lacnejšie a jednoduchšie

„Jedného dňa som brúsil kus kovu pomocou šmirgľového papiera, keď mi zrazu napadla takáto myšlienka,“ spomína na inšpiráciu Daewon Kim, hlavný autor štúdie. „Priamym použitím komerčne dostupného produktu, ktorý má zložitú štruktúru povrchu, namiesto toho, aby sme sa tieto štruktúry pokúšali pripraviť sami v laboratóriu, výrazne znižujeme náklady na výrobu, potrebný čas aj vykonanú prácu.“

Nanogenerátor vydržal nepretržité použitie počas deviatich dní, čo zodpovedá 3,9 milióna cyklom stlačenia a oddialenia elektród. Elektronické vlastnosti generátora zostali aj po takomto teste rovnaké (270 voltov a 77 mikroampérov).

Dokonca, ak nanogenerátor nechali vibrovať pri frekvencii 3 Hz, dokázal rozsvietiť 120 sériovo zapojených LED diód.

Autori plánujú svoj vynález čoskoro testovať aj na iné použitie a neskôr založiť firmu na ich výrobu.

Dostupné z doi: 10.1039/C6RA26677K.