Глаз ночной бабочки раскрыл секрет: в России создан вечный источник энергии

Российские исследователи в сотрудничестве с китайскими коллегами разработали устройство, которое генерирует энергию, используя вечное противостояние тепла и холода. Пресс-служба Дальневосточного федерального университета сообщила о том, как ночная бабочка и невидимое охлаждение стали основой нового источника электричества. Об этом пишет портал Первый петербургский.

Международная команда ученых достигла значительного прогресса в области термоэлектрики. Ученые из Дальневосточного федерального университета, Института автоматики и процессов управления ДВО РАН и китайских исследовательских центров создали уникальное устройство, которое генерирует электроэнергию на основе разницы температур между днем и ночью.

Принцип работы устройства прост и элегантен. Днем одна сторона устройства нагревается под солнечными лучами, а ночью другая сторона излучает тепло в космос через атмосферное окно. Эта постоянная борьба между теплом и холодом создает стабильный поток энергии. Результаты исследования опубликованы в журнале Nano Research, где ученые подчеркивают, что природа сама предлагает лучшие технологические решения.

Основой новой разработки стал классический термоэлектрический генератор, который давно известен науке и преобразует температурные различия в электрический ток. Однако поддержание перепада температур было сложной задачей.

Китайские и российские физики предложили новое решение, создав две функциональные стороны с уникальными микроструктурированными пластинами. В центре конструкции расположен коммерческий термоэлектрический генератор.

Первая пластина изготовлена из кремния и покрыта острыми микроконусами, вдохновленными строением глаза ночной бабочки. Эта микроструктура обладает антиотражающими свойствами и эффективно поглощает солнечный свет. В экспериментах она поглощала до 95% солнечного излучения, что позволяло достичь значительного температурного градиента.

Вторая пластина, выполненная из диоксида кремния, практически не нагревается от солнца, но эффективно излучает тепло в инфракрасном диапазоне от 8 до 13 микрометров. Этот диапазон называется атмосферным окном прозрачности, через которое тепловая энергия уходит в космос, обеспечивая пассивное охлаждение. Таким образом, устройство функционирует даже в темноте без внешнего питания.

«Ключевой результат работы — это демонстрация интеграции фототермического преобразования и пассивного радиационного охлаждения в одном термоэлектрическом генераторе. Оба подхода реализованы благодаря правильно подобранным материалам и их микроструктурированию, что улучшает характеристики генератора», — отметил соавтор исследования, сотрудник ДВФУ и ИАПУ ДВО РАН Александр Кучмижак.

Устройство прошло испытания в различных сезонах и погодных условиях. Лучшая производительность была зафиксирована летом при максимальной солнечной активности, в то время как зимой эффективность была минимальной.

Интересно, что генерация электроэнергии не прекращалась даже ночью, благодаря интенсивному охлаждению одной из поверхностей. Этот процесс оказался настолько стабильным, что не зависел от времени суток.

Учёные выражают оптимизм относительно практического применения разработки. Хотя устройство пока генерирует небольшое количество энергии, важен сам подход. Термоэлектрические технологии теперь могут создавать стабильный температурный перепад без сложных систем охлаждения.

«Хотя речь идет о небольшом количестве энергии, для термоэлектрических технологий важен принцип устойчивого создания температурного перепада без активной системы охлаждения. Полученные результаты закладывают основу для масштабирования и оптимизации конструкций термоэлектрических устройств», — добавил Александр Кучмижак.

Разработчики видят огромный потенциал для применения в автономных датчиках и малой электронике, что открывает перспективы для удалённых и труднодоступных регионов.

Эта технология может произвести революцию в автономной энергетике, позволяя создавать бесчисленные датчики, работающие вечно без батареек. Устройство может питать метеостанции, экологические мониторы и системы безопасности.

Термоэлектрические генераторы нового поколения обещают быть надежными, так как не содержат движущихся частей и не требуют обслуживания на протяжении десятилетий. Вдохновение от ночной бабочки подтверждает, что природа остается лучшим инженером.