Композит на основе древесины зарядил аккумулятор через мышцы
Китайские ученые разработали пьезоэлектрический материал для ультразвуковых зарядных устройств. В качестве темплата они использовали древесину, но целлюлозные волокна в ней заменили на цирконат свинца с добавками титана, а матрицу из лигнина — на матрицу из полидиметилсилоксана. Благодаря упорядоченной структуре новый материал оказался на порядок эффективнее, чем его предшественники. В будущем такие устройства помогут перезаряжать кардиостимуляторы и другие электронные имплантаты без хирургического вмешательства. Результаты исследования опубликованы в журнале Energy & Environmental Science.
Почти полтора миллиона людей сегодня живут с имплантированным кардиостимулятором. У таких приборов, как и у всех электронных имплантатов, есть серьезная проблема: все они питаются от встроенного аккумулятора, а для перезарядки требуется полноценная хирургическая операция. Поэтому ученые и медики ищут способы заряжать имплантаты прямо внутри тела пациента.
Самый популярный способ беспроводной передачи энергии — с помощью электромагнитной индукции — для использования в человеческом организме не подходит. Безопасной альтернативой оказалась передача энергии с помощью ультразвука на низких интенсивностях. Чтобы ультразвук заряжал батарею имплантата, под кожу надо вживить пластины из пьезоэлектрического или трибоэлектрического материала. И те и другие материалы умеют преобразовывать механическую энергию в электрическую. В теории все выглядит просто: под действием ультразвука пластины начинают вибрировать и деформироваться, а полученная электроэнергия заряжает аккумулятор. Однако, на практике сделать эффективное зарядное устройство для имплантатов оказалось сложнее. Нужен мягкий, легкий и нетоксичный материал, который откликался бы даже на слабое ультразвуковое воздействие через слой кожи и мышц.