Những tia sét nhân tạo

Các kỹ sư đã chứng minh một điều kỳ diệu: Hầu như bất kỳ vật liệu nào cũng có thể được sử dụng để tạo ra thiết bị thu năng lượng liên tục từ không khí ẩm.

Công nghệ này chưa phải thực sự sẵn sàng để có thể phát triển cho ứng dụng thực tế, nhưng các nhà khoa học nói rằng nó vượt trội hơn hẳn các thiết bị thu năng lượng khác. Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Advanced Materials.

Thiết kế vật liệu thu năng lượng từ không khí

Tất cả những gì cần làm với một loại vật liệu bất kỳ là đục các lỗ nano có đường kính dưới 100 nanomet. Đó là kích thước khoảng một phần nghìn chiều rộng của sợi tóc người, vì vậy tuy nói dễ hơn làm nhưng nó cũng đơn giản hơn nhiều so với dự kiến.

Trang ScienceAlert đưa tin, nhóm nghiên cứu do kỹ sư Xiaomeng Liu của Đại học Massachusetts (UMass) Amherst dẫn đầu cho biết, vật liệu có cấu trúc như vậy có thể thu được điện do các giọt nước cực nhỏ tạo ra trong không khí ẩm.

Họ đã gọi khám phá của mình là “hiệu ứng Air-gen“. Kỹ sư Jun Yao của UMass Amherst cho biết: “Không khí chứa một lượng điện khổng lồ. Chúng ta hãy nghĩ về những đám mây trên bầu trời, đó là một khối các giọt nước. Mỗi giọt nước đó chứa một điện tích và khi gặp điều kiện thích hợp, đám mây có thể tạo ra một tia sét – nhưng chúng ta không biết cách thu điện một cách đáng tin cậy từ sét. Những gì chúng tôi đã làm là tạo ra một đám mây nhân tạo quy mô nhỏ, có thể tạo ra điện liên tục để chúng ta thu hoạch nó”.

Yao nói: “Bất kỳ loại vật liệu nào cũng có thể thu được điện từ không khí, miễn là nó có một tính chất nhất định”.

Đặc tính đó là sự tồn tại của các lỗ nano và kích thước của chúng được xác định dựa trên quỹ đạo trung bình của các phân tử nước trong không khí ẩm. Đó là khoảng cách mà một phân tử nước có thể di chuyển trong không khí trước khi nó va chạm với một phân tử nước khác.

Thiết bị Air-gen được làm từ một màng mỏng vật liệu, chẳng hạn như cellulose, protein tơ tằm hoặc oxit graphene. Các phân tử nước trong không khí có thể dễ dàng xâm nhập vào các lỗ nano và di chuyển từ đỉnh của màng xuống đáy, nhưng chúng sẽ chạy vào các cạnh của lỗ khi chúng di chuyển.

Những điện tích này chuyển sang vật liệu, tạo ra sự tích tụ và do có nhiều phân tử nước chạy vào phía trên của màng nên xảy ra sự mất cân bằng điện tích giữa hai bên.

Điều này tạo ra hiệu ứng tương tự như những gì chúng ta thấy trong các đám mây tạo ra sét: không khí bốc lên tạo ra nhiều va chạm hơn giữa các giọt nước trên đỉnh đám mây, dẫn đến dư thừa điện tích dương ở các đám mây cao hơn và dư thừa điện tích âm ở các đám mây thấp hơn.

Trong trường hợp này, điện tích có khả năng được chuyển hướng để cấp nguồn cho các thiết bị nhỏ hoặc được lưu trữ trong một loại pin nào đó.

Cần mở rộng nghiên cứu ứng dụng

Hiện tại, thử nghiệm của các nhà khoa học vẫn còn trong giai đoạn đầu. Màng cellulose mà nhóm thử nghiệm có điện áp đầu ra tự phát là 260 millivolt trong môi trường xung quanh, trong khi điện thoại di động yêu cầu điện áp đầu ra khoảng 5 volt. Nhưng độ mỏng của màng có nghĩa là chúng có thể được xếp chồng lên nhau để chia tỷ lệ các thiết bị Air-gen để giúp chúng có thể áp dụng thực tế hơn.

Và thực tế là chúng có thể được làm từ các vật liệu khác nhau có nghĩa là các thiết bị có thể được điều chỉnh cho phù hợp với môi trường nơi chúng được sử dụng, các nhà nghiên cứu cho biết.

Yao nói: “Ý tưởng rất đơn giản, nhưng nó chưa từng được khám phá trước đây và nó mở ra cho nhiều loại ứng dụng thực tế. Chúng ta có thể tưởng tượng những chiếc máy gặt được làm bằng một loại vật liệu dành cho môi trường nhiệt đới và loại khác dành cho những vùng khô hạn hơn.”

Bước tiếp theo sẽ là thử nghiệm các thiết bị trong các môi trường khác nhau và cũng tiến hành mở rộng quy mô của chúng. Nhưng hiệu ứng Air-gen là có thật và những khả năng mà nó mang lại là rất đáng hy vọng.