В основе технологии — пьезоэлектрический эффект: материал генерирует электричество при сжатии или изгибе. Но главное — трехмерная структура волокна, которая резко повышает его эффективность. Это позволяет создать автономные датчики, работающие без внешнего питания.

Результаты опубликованы в издании Advanced Functional Materials.

Обычные пьезоэлектрические волокна содержат воздушные прослойки, которые снижают их мощность. Ученые решили проблему, создав новый наноматериал — наностержни из титаната олова (SnTiO₃NR), — и соединили его с полимером PVDF. Волокно получило необычное сечение в форме восьмилепесткового цветка, а благодаря особой технике плетения образовалась двойная 3D-структура с воздушной прослойкой между слоями. Она не только гасит удары, но и усиливает сигнал.

Тесты показали: при давлении 1 Н/м² на участок 5×5 см волокно вырабатывает до 92,8 В и 4,13 мА — этого хватает, чтобы зажечь 22 светодиода без дополнительного питания. Мощность в два раза выше, чем у обычных плоских аналогов. На практике технология уже используется в системе мониторинга оползней: датчики передают данные по Bluetooth, не требуя подзарядки.

Где еще пригодится:

• мониторинг состояния мостов и зданий,
• носимые датчики здоровья,
• умная одежда с функцией энергогенерации.

Мы нашли способ усилить эффективность пьезоэлектрических волокон за счет структуры, — говорит доктор Лим Санг-Кю. — Такие датчики помогут заранее обнаруживать угрозы вроде оползней после ливней.

Этот прорыв решает две ключевые проблемы: энергонезависимость датчиков и их чувствительность. Автономные системы мониторинга критически важны в удаленных или труднодоступных местах — например, в горах, где оползни угрожают дорогам. Технология также открывает путь для «умной» одежды, которая сама питает датчики пульса или GPS. А если масштабировать производство, такие волокна можно встраивать в тротуары или стены зданий для постоянного контроля их состояния.

Остается вопрос, как волокно поведет себя при экстремальных температурах или длительном воздействии влаги — в реальных условиях это критично. Кроме того, себестоимость производства наностержней SnTiO₃NR может оказаться высокой для массового применения.

Ранее ученые напомнили об угрозе медленных оползней.