Исследователи из Университета Арканзаса и Мичиганского университета сообщили о первом использовании датчиков температуры с ультранизким энергопотреблением на основе солнечных элементов на основе графена. Испытание стало первым шагом в разработке автономных сенсорных систем, которые используют энергию из различных источников окружающей среды — солнечной, тепловой, акустической, кинетической, нелинейной и окружающей радиации.
Работа опубликована в журнале Scilight.
Конечная цель — разработка мультимодальных датчиков (включающих более одного из вышеупомянутых источников энергии) с использованием возможности сбора энергии графена, которые могут работать десятилетиями и способствуют реализации концепции Интернета вещей, в которой интеллектуальные технологии вплетены в повседневную жизнь.
Ашадуззаман, кандидат физико-математических наук, является первым автором статьи, подготовленной под руководством Университета Арканзаса, но графен-энергетические устройства — это детище профессора физики Пола Тибадо, который начал изучать уникальные свойства графена более десяти лет назад и является соответствующим автором.
Успех зависел от преодоления двух задач:
1. Система и те, которые ожидаются в будущем, не включают батареи, имеющие ограниченный срок службы, что позволяет графен-энергетическим устройствам достигать длительного времени работы — потенциально десятилетий.
2. Энергия должна быть извлечена из локальной среды, чтобы устройство было автономным и имело чрезвычайно длительный срок службы, что значительно снижает общую стоимость владения.
Команда Университета Арканзаса в основном отвечала за решение второй задачи, в то время как команда Мичиганского университета во главе с Дэвидом Блау, профессором электротехники и информатики, была в основном ответственна за первую. Блау — эксперт в области маломощных беспроводных датчиков и встроенных систем. Он даже разработал крошечные датчики, которые можно вживить в крылья бабочки.
Статья подтверждает, что возможно создать датчик температуры с ультранизким энергопотреблением, используя солнечную энергию на основе графена.
«Мы подумали, что если мы сможем убрать блок управления питанием, возможно, эта сенсорная система будет потреблять ещё меньше энергии», — объяснил Ашадуззаман. «Именно это мы и сделали. Затем мы соединили три комплекта солнечных элементов для питания температурных систем напрямую с тремя накопительными конденсаторами».
Тибадо добавил: «Мы ожидаем создания устройств, которые будут собирать несколько источников энергии внутри этого устройства».
Путем создания «мультимодальных» датчиков периодические перебои в солнечной энергии могут быть дополнены дополнительной тепловой или нелинейной энергией.
Тибадо предвидит использование датчиков в областях, где они были бы полезны, но необходимость замены батарей делала бы их трудоёмкими и дорогостоящими. Это может включать использование в таких вещах, как мониторинг сельскохозяйственного климата, отслеживание домашнего скота, мониторинг физической активности, системы охранной сигнализации, профилактическое обслуживание и широкий спектр других приложений.
Аннотация к статье описывает работу простым языком, утверждая, что исследователи «собрали десятки солнечных элементов на основе графена, соединили их в стандартные пакеты и охарактеризовали вольт-амперные характеристики каждого при освещении. Затем солнечные элементы были соединены последовательно для увеличения выходного напряжения. Три разных комплекта солнечных элементов использовались для зарядки трёх накопительных конденсаторов до уровней напряжения, требуемых температурным датчиком».
Соавторы из Университета Арканзаса также включали Сайеда М. Рахмана, Мд Р. Кабира и Джеймса М. Магнума, всех докторантов. Соавторы из Мичиганского университета включали Хунга До и Гордона Каричнера в дополнение к Блау.
Ашадуззаман сказал, что работает над температурным датчиком около полутора лет. Он сказал, что следующим шагом является совершенствование кинетического энергосборщика, который собирает энергию из уникальных вибрационных свойств графена. Эта возможность затем будет объединена с солнечным датчиком, создав мультимодальный датчик. По крайней мере, таков план.
Предоставлено
* Университетом Арканзаса