211service.com
Darmowa energia elektryczna z nanogeneratorów
Dzisiejsza przenośna elektronika (z wyjątkiem zegarków samonakręcających się i radioodbiorników) jest zasilana bateriami. Teraz naukowcy wykazali, że łatwe do wykonania, niedrogie nanodruty mogą pozyskiwać energię mechaniczną, co prawdopodobnie prowadzi do takich postępów, jak implanty medyczne zasilane energią elektryczną wytwarzaną z pulsujących naczyń krwionośnych i telefony komórkowe zasilane przez nanodruty w podeszwach butów.
Wykres przedstawiający skoki wyładowań elektrycznych podczas skanowania nanoprzewodów. (Dzięki uprzejmości Zhong Lin Wang, Georgia Tech.)
Podczas spaceru generujesz 67 watów. Ruch palca to 0,1 wata. Twój oddech to jeden wat. Jeśli możesz przerobić ułamek tego, możesz zasilać urządzenie. Z koncepcji, którą zademonstrowaliśmy, możemy przekonwertować z tego 17-30 procent, mówi Zhong Lin Wang , profesor materiałoznawstwa w Georgia Tech i jeden z badaczy pracy, opublikowanej w czasopiśmie Nauka .
Ich wyniki potwierdzają teorię: nanodruty z tlenku cynku wykażą potężny efekt piezoelektryczny, polegający na wytwarzaniu elektryczności w odpowiedzi na ciśnienie mechaniczne. Zwykle dodatnie i ujemne ładunki jonów cynku i tlenu w tych krystalicznych nanoprzewodach znoszą się nawzajem. Ale kiedy druty, które są hodowane chemicznie, aby stanąć na wierzchu elektrody, wyginają się w odpowiedzi na, powiedzmy, wibracje, jony są przemieszczane. Powoduje to niezrównoważenie ładunków i tworzy pole elektryczne, które wytwarza prąd, gdy nanodrut jest podłączony do obwodu.
[Aby zobaczyć ilustracje i obrazy, kliknij tutaj.]
Chociaż każdy nanodrut sam wytwarza bardzo mało energii, mówi Wang, przy jednoczesnej mocy wielu nanodrutów możemy generować dużą moc, wystarczającą do uruchomienia małego implantu medycznego. Praca zgłoszona w Nauka obejmował tylko pojedyncze nanoprzewody, ale Wang twierdzi, że jego laboratorium opracowało już technologię pozyskiwania energii z wielu nanoprzewodów.
Ponieważ proces chemiczny, w którym można hodować przewody, jest tani, w pewnym momencie może być praktyczne wytwarzanie dużych matryc, które są w stanie zapewnić wystarczającą moc dla elektroniki użytkowej. Możemy je hodować na podłożach polimerowych po bardzo niskich kosztach, mówi Wang. Naszym celem jest, aby pewnego dnia włożyć je do butów ludzi, abyś mógł generować energię elektryczną podczas chodzenia.
Zanim jednak będzie można opracować jakiekolwiek urządzenia zasilane przez nanoprzewody, naukowcy będą musieli znaleźć sposoby na połączenie wszystkich nanoprzewodów z obwodami. To, mówi Yi Cui , profesora materiałoznawstwa i inżynierii materiałowej na Uniwersytecie Stanforda, będzie wyzwaniem, ale powinno być wykonalne. Rzeczywiście, Wang szacuje, że w oparciu o jego obecne postępy, prototypowe urządzenia będą działać w ciągu pięciu lat.
Jednym z wczesnych zastosowań nanogeneratorów jest zasilanie czujnika glukozy wszczepianego pod skórę ramienia. Taki czujnik przekazywałby odczyty cukru we krwi do zegarka na rękę i, jak mówi Cui, pewnego dnia implant czujnika może automatycznie uwalniać insulinę w razie potrzeby.
Materiały piezoelektryczne są często stosowane w urządzeniach w mikroskali. Nowością w tej aplikacji jest łatwość, z jaką można wytwarzać nanogeneratory w nanoskali, mówi Cze Liu , naukowiec w Narodowym Laboratorium Pacyfiku Północno-Zachodniego. Takie cienkie druty można giąć bardziej niż tlenek cynku w masie bez zrywania – co umożliwia przyłożenie większego naprężenia, a tym samym generowanie większej ilości energii elektrycznej. Myślę, że to bardzo ważna praca, mówi Liu. [Wang] robił rzeczy, o których ludzie podejrzewali, że są możliwe, ale nigdy nie pracował.