Глаз ночной бабочки раскрыл тайну: в России нашли вечный источник энергии

Российские учёные совместно с китайскими коллегами создали устройство, которое добывает энергию из вечной борьбы жары и холода. Как ночная бабочка и невидимое охлаждение подарили миру новый источник электричества рассказали в пресс-службе Дальневосточного федерального университета.

Международная команда исследователей совершила прорыв в термоэлектрике. Ученые из Дальневосточного федерального университета, Института автоматики и процессов управления ДВО РАН и китайских научных центров разработали уникальное устройство. Оно генерирует электроэнергию, используя разницу температур между днём и ночью.

Принцип работы предельно элегантен и удивительно прост. Днём одна сторона устройства активно нагревается под солнечными лучами. Ночью другая сторона начинает излучать тепло в космическое пространство через атмосферное окно. Эта непрерывная борьба жары и холода создаёт стабильный поток энергии. Результаты этого захватывающего исследования опубликованы в авторитетном журнале Nano Research. Учёные доказали, что природа сама подсказывает нам лучшие технологические решения.

Подсмотрено у природы

В основе новой разработки лежит классический термоэлектрический генератор. Такие устройства давно известны науке и превращают разницу температур в электрический ток. Но вот незадача: перепад температур необходимо было поддерживать непрерывно и искусственно.

Китайские и российские физики предложили радикально иное решение. Они сконструировали две функциональные стороны с уникальными микроструктурированными пластинами. В центре этой конструкции разместили коммерческий термоэлектрический генератор.

Первая пластина создана из кремния и покрыта острыми микроконусами. Инженеры признаются, что вдохновлялись строением глаза ночной бабочки. Такая микроструктура обладает уникальными антиотражающими свойствами и максимально эффективно поглощает солнечный свет. В ходе экспериментов микроструктурированный кремний поглощал до 95% падающего солнечного излучения. На уличных испытаниях эта пластина нагревалась значительно сильнее, чем окружающий воздух. Это позволило добиться впечатляющего температурного градиента.

Работает даже ночью

Вторая пластина изготовлена из диоксида кремния и выполнена в виде усеченных микроконусов. Она практически не нагревается от солнца, но обладает феноменальной способностью излучать тепло. Секрет кроется в инфракрасном диапазоне длин волн от 8 до 13 микрометров. Именно этот диапазон называют атмосферным окном прозрачности. Через него тепловая энергия беспрепятственно уходит в открытый космос, обеспечивая пассивное охлаждение. Таким образом, устройство работает даже в полной темноте без какого-либо внешнего питания.

«Ключевой результат работы — это экспериментальная демонстрация интеграции двух концепций — фототермического преобразования и пассивного радиационного охлаждения — в едином термоэлектрическом генераторе. Оба подхода реализуются за счет правильно подобранных материалов и их микроструктурирования, определяющего оптические свойства в требуемых спектральных диапазонах. За счет этого удалось заметно улучшить характеристики коммерческого термоэлектрического генератора», — подчеркнул соавтор исследования, сотрудник ДВФУ и ИАПУ ДВО РАН Александр Кучмижак.

Устройство протестировали в различные сезоны и в разных погодных условиях. Лучшую производительность генератор показал летом при максимальной солнечной активности. Весной и осенью эффективность оказалась заметно ниже, а зимой достигла минимальных значений.

Самое удивительное, что генерация электроэнергии не прекращалась даже ночью. В тёмное время суток устройство продолжало работать за счёт интенсивного охлаждения одной из поверхностей. Этот процесс оказался настолько стабильным, что не зависит от времени суток.

Будущее автономной энергетики уже наступило

Учёные не скрывают своего оптимизма относительно практического применения разработки. Пока устройство собирает небольшое количество энергии, но принципиально важен сам подход. Термоэлектрические технологии наконец получили способ создавать стабильный температурный перепад без сложных систем охлаждения.

«Пока речь идет о сборе небольшого количества энергии, но для термоэлектрических технологий важен сам принцип устойчивого создания температурного перепада без активной системы охлаждения. Полученные результаты закладывают основу для масштабирования и оптимизации конструкций термоэлектрических устройств за счет использования эффективных микроструктурированных покрытий», — добавил Александр Кучмижак.

Разработчики видят огромный потенциал для применения в автономных датчиках и малой электронике. Такие устройства смогут работать без внешнего питания и сложных систем охлаждения. Это открывает колоссальные перспективы для удалённых и труднодоступных регионов планеты.

Эта технология способна совершить настоящую революцию в автономной энергетике. Представьте бесчисленные датчики в пустынях, горах и океанах, работающие вечно без батареек. Устройство может питать метеостанции, экологические мониторы и системы безопасности.

Термоэлектрические генераторы нового поколения обещают быть невероятно надежными. Они не содержат движущихся частей и не требуют обслуживания десятилетиями. А вдохновение, почерпнутое у ночной бабочки, доказывает, что природа остаётся лучшим инженером.

Ранее «ВЕСТИ ПЛАНЕТЫ» сообщали о том, что в петербургском университете ИТМО создали мобильную лабораторию, позволяющую изготовить искусственное сердце.

О том, что студенты ГУАП разработали цифровой навигатор для незрячих людей, можно узнать здесь.

Фото: пресс-служба Дальневосточного федерального университета

Оперативные новости в вашем мобильном: «ПЕРВЫЙ ПЕТЕРБУРГСКИЙ» в ВК / ДЗЕН