Научный сотрудник кафедры нанофотоники и метаматериалов университета ИТМО Полина Капитанова и ее коллеги испытали миниатюрный прототип устройства по беспроводной передаче энергии на основе керамических резонаторов. Прибор продемонстрировал эффективность передачи в 90% на расстоянии до 10 см. Результаты исследования опубликованы в журнале Applied Physics Letters.
Принцип беспроводной трансляции энергии, реализованный в новом устройстве, был предложен учеными из Университета ИТМО в начале этого года. Исследовательская группа впервые решила использовать для этой цели диэлектрические резонаторы сферической формы из микроволновой керамики с высоким показателем диэлектрической проницаемости.
«Мы смогли в 5 раз увеличить расстояние, на которое можно передавать энергию, и сделали систему более устойчивой к смещению и повороту резонаторов относительно друг друга. В будущем это даст больше свободы пользователю. В отличие от ранее использованной нами сферической формы, плоская конфигурация практична и позволяет говорить о применении нашей технологии в более компактных приборах», — сказала Полина Капитанова.
Новая установка позволила достичь эффективности, сопоставимой с показателями наиболее успешной на сегодняшний день зарубежной установки WiTricity. При этом разработка российских исследователей более устойчива к изменению взаимной ориентации приемника и источника энергии. Авторы исследования пишут, передача энергии на расстоянии возможна даже при сдвиге дисков относительно друг друга на 4-5 см и все еще продолжается, если один из них повернут под углом до 60 градусов.
Как и в упомянутой установке WiTricity, работа нового устройства основана на эффекте резонанса ближних электромагнитных полей. При этом российские физики впервые экспериментально показали возможности использования в этих целях диэлектрических резонаторов. Сверхвысокая диэлектрическая проницаемость керамики позволила значительно уменьшить рабочую частоту резонаторов. Теперь значение этой характеристики равно 1000 — это в сто раз больше, чем у обычной керамики и в десять раз превосходит предыдущий прототип.
Материал для проведения эксперимента был специально разработан компанией ООО «Керамика».
По сравнению с предыдущими прототипами, новые резонаторы стали более компактными — диаметр дисков равен 8,5 см. Но они все еще достаточно велики для того, чтобы использовать их, например, в мобильных телефонах и других электронных гаджетах.
«Подобные беспроводные системы могут пригодиться для подзарядки автомобилей. Резонаторы из микроволновой керамики способны работать на более высоких мощностях, чем если бы они были сделаны из металлов, которые по своей природе быстро нагреваются», — говорят разработчики.
Ученые также рассматривают возможность разработки комбинированной системы, часть которой в виде керамического диска может быть вмонтирована в рабочую поверхность (например, в кухонную столешницу или стол), а другая — в электрический прибор вроде чайника или гаджета. Авторы проекта говорят, что эффективность работы системы не снизится, если в приемнике использовать компактный резонатор.
Читайте также на портале Научная Россия о возможностях нанолинейных метаматериалов в быстрой передаче информации.
