211service.com
Hybrydowy kombajn nanoenergii
Generatory w nanoskali mogą przekształcić otaczającą energię mechaniczną – wibracje, przepływ płynów, a nawet ruch biologiczny – w źródło energii. Teraz naukowcy połączyli nanogenerator z ogniwem słonecznym, aby stworzyć zintegrowane urządzenie do mechanicznego i słonecznego zbierania energii. Ten hybrydowy generator jest pierwszym w swoim rodzaju i może być używany na przykład do zasilania czujników samolotu poprzez wychwytywanie światła słonecznego oraz wibracji silnika.
Hybryda nano: W nowym urządzeniu światłoczułe na barwnik ogniwo słoneczne (góra) i nanogenerator (dół) znajdują się na tym samym podłożu.
Nanogeneratory zazwyczaj wykorzystują piezoelektryczne nanodruty – przypominające włoskowate struktury z tlenku cynku, które generują potencjał elektryczny po obciążeniu mechanicznym – w celu wytworzenia niewielkich ilości energii. Pierwsze takie urządzenia wykonali: Zhong Lin Wang , profesor Georgia Tech i dyrektor Centrum Charakteryzacji Nanostruktury instytutu. Wang ma nadzieję, że nanogeneratory pewnego dnia wyeliminują potrzebę stosowania baterii we wszczepialnych czujnikach medycznych i ostatecznie wygenerują wystarczającą moc, aby naładować większą elektronikę osobistą.
W porównaniu z ogniwami słonecznymi nanogeneratory są nadal stosunkowo nieefektywnym sposobem pozyskiwania energii, mówi Wang, ale czasami energia słoneczna nie jest dostępna. Więc współpracował z Xudong Wang , adiunkta inżynierii materiałowej i inżynierii materiałowej na Uniwersytecie Wisconsin-Madison, aby stworzyć nowe urządzenie hybrydowe.
Łączy dwie wcześniej opracowane technologie, z których obie opierają się na nanodrutach tlenku cynku, na warstwowym podłożu krzemowym. Górna warstwa składa się z cienkowarstwowego ogniwa słonecznego z pokrytymi barwnikami nanoprzewodami z tlenku cynku. Duża powierzchnia nanodrutów zwiększa pochłanianie światła przez urządzenie, projekt oparty na pracy Peidong Yang , profesor chemii na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley. W dolnej warstwie znajduje się nanogenerator Wanga. Na spodniej stronie krzemu znajduje się postrzępiony układ nanodrutów tlenku cynku pokrytych polimerem w układzie przypominającym ząb. Gdy urządzenie jest wystawione na wibracje, zęby te ocierają się o leżący pod spodem układ pionowo ustawionych nanodrutów z tlenku cynku, tworząc potencjał elektryczny.
Ogniwo słoneczne i nanogenerator są połączone elektrycznie przez samo podłoże krzemowe, które działa zarówno jako anoda ogniwa słonecznego, jak i katoda nanogeneratora. Możliwe jest łączenie dużych grup ogniw słonecznych i nanogeneratorów, ale zintegrowanie ich w jednym systemie zajmuje mniej miejsca i jest bardziej energooszczędne. Prototypowe urządzenie może generować 0,6 wolta energii słonecznej i 10 miliwoltów energii piezoelektrycznej. Podczas gdy prototypowe urządzenie miało tylko jeden nanogenerator, Wang spodziewa się zwiększenia mocy wyjściowej poprzez stworzenie urządzeń z wieloma warstwami nanogeneratorów. Mówi, że prawdopodobnie pierwsze zastosowanie tych urządzeń może dotyczyć samolotów wojskowych z czujnikami. Siły Powietrzne USA ogłosiły niedawno zaproszenie do składania wniosków o finansowanie badań związanych z hybrydowymi urządzeniami do usuwania energii.
Karol Drogi , profesor chemii na Uniwersytecie Harvarda, mówi, że urządzenie Wanga jest kreatywne i, według jego wiedzy, jest pierwszym hybrydowym urządzeniem w nanoskali, które może zbierać dwa rodzaje energii. Jest to szczególnie ważne, biorąc pod uwagę, że jeden jest aktywny na światło, podczas gdy drugi może pracować w ciemności, mówi Lieber. Oczekuje, że praca Wanga zainspiruje innych badaczy do skupienia się na hybrydowych urządzeniach nanogeneratorowych, a także na urządzeniach łączących nanogeneratory z uzupełniającym magazynowaniem energii z obsługą nanotechnologii.