Исследователи разработали стекло, которое меняет оттенок благодаря энергии, которую оно получает от ветра и осадков. Такой подход предлагает альтернативу прочим «умным» окнам, которые питаются от аккумуляторов, солнечных панелей и электросети. Инновации представляют собой новый вид возобновляемого источника энергии.
«Умное» стекло, которое меняет свои свойства, чтобы блокировать свет или тепло, разрабатывается уже в течение многих десятилетий.
Среди примеров практического применения — антибликовое стекло автомобильных окон и зеркал, а также окна, которые меняют затемнённость для экономии энергии.
Как правило,
смарт-стёкла стоят достаточно дорого, к тому же исследователи до сих пор ищут способы сделать такое стекло полностью экологически безопасным.
Новое стекло использует наноразмерные генераторы, вырабатывающие ток благодаря трибоэлектрическому эффекту:
статическое электричество возникает из-за соприкосновения двух слоёв материалов. Генераторы расположены двумя слоями на поверхности оконного стекла. Они создают электрический ток, который придаёт стеклу тёмно-синий оттенок.
Первый слой генераторов создаёт статическое электричество во время дождя. Когда капля падает из облака, контакт воды и воздуха заставляет положительный заряд скопиться внутри капли. Стекло покрыто наноскопическими пирамидами, изготовленными из отрицательно заряженного силиконового материала полидиметилсилоксана. Когда капля, несущая положительный заряд, попадает на «отрицательное» стекло, генерируется электрический ток.
Второй слой наногенераторов пролегает прямо под первым и собирает энергию ветра. Этот слой состоит из двух пластов заряженного прозрачного пластика, разделённых наноскопическими витыми пружинами. Когда ветер ударяет в стёкла, пружины сжимаются и создают электрический ток благодаря тому, что заряженные пластиковые пластины приближаются друг к другу.
«В экспериментах стекла, вырабатывающего до 130 милливатт на квадратный метр, оказалось достаточно, чтобы питать кардиостимулятор или смартфон в режиме с выключенным экраном, – рассказывает один из разработчиков Чжун Ван (Zhong Wang) из Технологического института Джорджии в Атланте. – Такой выход электричества может быть использован различными приложениями и электроникой в доме и офисе».
Однако прежде, чем стекло будет готово для коммерческой реализации, разработчикам предстоит ещё многое сделать. Например, стекло не может хранить энергию, которую создаёт. Решить эту проблему можно с помощью прозрачных суперконденсаторов.
Также команда планирует повысить энергоэффективность своих наногенераторов. Научная статья была опубликована в издании ACS Nano.
