Khám phá phương pháp sản xuất điện mới dành cho các thiết bị di động

Giải pháp của nhóm nghiên cứu đặt ra một tiêu chuẩn quốc tế mới đối với các thiết bị máy phát điện ma sát nano (triboelectric nanogenerators) bằng cách tạo ra một dòng điện một chiều cường độ cao và được coi là một bước tiến lớn so với các phương pháp tạo dòng điện xoay chiều AC cường độ thấp khác.

Jun Liu, nghiên cứu sinh tiến sĩ dưới sự giám sát của giáo sư kỹ thuật hóa học Thomas Thundat, đã tiến hành thử nghiệm bằng cách sử dụng thiết bị kính hiển vi lực nguyên tử. Thiết bị này cho phép quan sát hình ảnh ở cấp độ nguyên tử dựa trên nguyên tắc xác định lực tương tác nguyên tử giữa đầu dò nhọn siêu nhỏ với bề mặt của mẫu vật liệu, giống như khi bạn đưa ngón tay lại gần một vật để “cảm nhận” mà không cần chạm vào nó. Liu cho biết mặc dù không bấm nút nguồn điện nhưng ông vẫn có thể quan sát thấy một dòng điện chạy xuất phát từ vật liệu.

Thông thường, nhiều người sẽ cho rằng nguyên nhân dẫn đến hiện tượng trên là do đã xảy ra một sự cố hay có sự tác động liên quan đến vấn đề kỹ thuật. Tuy nhiên, Liu không nghĩ đơn giản như vậy, ông quyết định tìm hiểu nguyên nhân sâu xa dẫn đến hiện tượng đó. Cuối cùng, Liu đã phát hiện ra mấu chốt của vấn đề chính là lực ma sát giữa đầu dò kính hiển vi và bề mặt vật liệu.

Nghiên cứu chứng minh rằng năng lượng cơ học của đầu dò kính hiển vi khi nó di chuyển trên một bề mặt có khả năng tạo ra một dòng điện. Tuy nhiên, thay vì giải phóng năng lượng, nhóm nghiên cứu đã tìm cách tạo ra một dòng điện ổn định từ nguồn năng lượng đó.

Liu cho biết: "Đã có nhiều nghiên cứu được thực hiện nhằm tìm kiếm phương pháp sản xuất điện ở giai đoạn nguyên mẫu, tuy nhiên, dòng điện tạo ra chưa đạt được mức cường độ mong muốn. Và nghiên cứu của chúng tôi có thể giải quyết vấn đề này”.

Thundat nhấn mạnh: "Từ trước đến nay, các nhà nghiên cứu mới tạo ra điện áp rất cao chứ không phải là dòng điện có cường độ lớn. Jun đã tìm ra giải pháp mới để sản xuất dòng điện liên tục với cường độ cao".

Kết quả nghiên cứu cũng chứng tỏ là máy phát điện nano có khả năng nạp năng lượng cơ học và tạo ra điện năng, sử dụng cho các thiết bị điện hoạt động dựa trên nguyên lý di chuyển và rung động của phân tử ở kích thước nano như: áp suất từ động cơ động cơ, hiện tượng dao động trong quá trình di chuyển hay thậm chí nhịp đập của tim. Công trình nghiên cứu mới mở đường cho khả năng phát triển các giải pháp công nghệ với các ứng dụng từ cảm biến được sử dụng để giám sát sức mạnh vật lý của các cấu trúc cầu hoặc đường ống, hiệu suất của động cơ hoặc các thiết bị đeo.

Nghiên cứu được đăng tải trên ấn bản mới nhất của tạp chí Nature Nanotechnology.

P.K.L-NASATI (Theo Phys)