Новые результаты, сделанные постдоком Ненадом Мильковичем, доцентом кафедры машиностроения Эвелин Ван и двумя другими, опубликованы в журнале Applied Physics Letters.
Такой подход может привести к тому, что устройства для зарядки мобильных телефонов или другой электроники будут использовать только влажность воздуха.
В качестве дополнительного преимущества система также может производить чистую воду.
Само устройство могло быть простым, говорит Милькович, состоящим из ряда чередующихся плоских металлических пластин. Хотя в его первоначальных тестах использовались медные пластины, он говорит, что подойдет любой проводящий металл, включая более дешевый алюминий.
При первоначальном тестировании количество произведенной энергии было исчезающе маленьким — всего 15 пиковатт, или триллионных долей ватта, на квадратный сантиметр металлической пластины. Но Милькович говорит, что процесс можно легко настроить так, чтобы получить по крайней мере 1 микроватт или миллионную долю ватта на квадратный сантиметр. Такой выход будет сопоставим с производительностью других систем, которые были предложены для сбора отработанного тепла, вибрации или других источников энергии окружающей среды, и представляет собой количество, которое может быть достаточным для обеспечения полезной мощности для электронных устройств в некоторых удаленных местах.
Например, Милькович подсчитал, что при 1 микроватте на квадратный сантиметр куба со стороной около 50 сантиметров — размером с типичный походный холодильник — может быть достаточно для полной зарядки мобильного телефона примерно за 12 часов.
Хотя это может показаться медленным, по его словам, у жителей отдаленных районов может быть мало альтернатив.
Существуют некоторые ограничения: поскольку процесс основан на конденсации, он требует влажной среды, а также источника температуры, более холодной, чем окружающий воздух, например пещеры или реки.
Система основана на открытии Мильковича и Ванга в 2013 году — в попытке разработать улучшенную поверхность теплопередачи для использования в качестве конденсатора в таких приложениях, как электростанции, — которая капельки на супергидрофобной поверхности преобразуют поверхностную энергию в кинетическую энергию по мере того, как они сливаются, образуя более крупные капли. Иногда это приводит к тому, что капли самопроизвольно отскакивают, увеличивая теплопередачу на 30 процентов по сравнению с другими методами. Позже они обнаружили, что в этом процессе прыгающие капли получают небольшой электрический заряд — это означает, что прыжки и сопутствующий перенос тепла могут быть усилены расположенной поблизости металлической пластиной, противоположный заряд которой притягивает капли.
Теперь исследователи показали, что тот же процесс можно использовать для выработки энергии, просто придав второй пластине гидрофильную поверхность. Когда капли прыгают, они переносят заряд от одной пластины к другой; если две пластины соединены через внешнюю цепь, эта разница зарядов может быть использована для обеспечения питания.
В практическом устройстве два набора металлических пластин, таких как ребра на радиаторе, будут чередоваться, так что они будут очень близко, но не соприкасаются. Система будет работать пассивно, без движущихся частей.
Для питания удаленных автоматизированных датчиков окружающей среды может быть достаточно даже небольшого количества энергии; Милькович говорит, что любое место, где формы росы будут способны производить электроэнергию в течение нескольких часов утром. «Вода будет конденсироваться из атмосферы, это происходит естественным образом», — говорит он.
«Атмосфера — это огромный источник энергии, и все, что вам нужно, это разница температур между воздухом и устройством», — добавляет он, позволяя устройству производить конденсацию, как вода конденсируется из теплого влажного воздуха снаружи. холодный стакан.