211service.com
Nowy nanogenerator
Bezprzewodowe bioczujniki, które monitorują patogeny w wodzie i mierzą ciśnienie krwi lub biomarkery raka w organizmie, kurczą się do rozmiarów nanometrowych. Do ich obsługi badacze poszukują równie małych źródeł zasilania. Obiecującą technologią są nanodruty, które przekształcają energię mechaniczną w energię elektryczną.
Linia napięcia: Korzystając z prostej konfiguracji laboratoryjnej, naukowcy wykazali, że nanodruty tytanianu baru mogą przekształcać energię mechaniczną w energię elektryczną. Postęp może doprowadzić do powstania nanogeneratorów, które zasilają maleńkie czujniki biologiczne, nanourządzenia i przenośne urządzenia elektroniczne.
Teraz naukowcy z University of Illinois w Urbana-Champaign (UIUC) zrobili pierwszy krok w kierunku budowy nanogeneratora z tytanianu baru. Jak dotąd wysiłki zmierzające do stworzenia nanogeneratorów koncentrowały się na nanoprzewodach z tlenku cynku. Ale tytanian baru może prowadzić do lepszych generatorów, ponieważ wykazuje silniejszy efekt piezoelektryczny, mówi profesor nauk mechanicznych i inżynierii Min-Feng Yu , który prowadzi badania w UIUC. Eksperymenty laboratoryjne pokazują, że nanodrut z tytanianu baru może generować 16 razy więcej energii elektrycznej niż nanodrut z tlenku cynku z tej samej ilości drgań mechanicznych, mówi.
Nanogeneratory mogą prowadzić do wielu postępów: czujniki biomedyczne zasilane przepływem krwi lub skurczami mięśni, maleńkie czujniki gazu działające na wiatr lub fale akustyczne, monitory patogenów zasilane przepływem wody oraz przenośna elektronika podłączona do nanoprzewodów w butach. Pomysł nanogeneratora staje się coraz bardziej przekonujący, mówi Yi Cui , profesor materiałoznawstwa i inżynierii na Uniwersytecie Stanforda. To pomysł, który może zadziałać.
W 2006 roku zespół badaczy kierowany przez Zhong Lin Wang z Georgia Institute of Technology po raz pierwszy wykazał, że nanodruty z tlenku cynku mogą pozyskiwać energię mechaniczną do generowania elektryczności. Od tego czasu grupa Wanga poczyniła znaczne postępy, ostatnio demonstrując układ nanoprzewodów z tlenku cynku, który wytwarza prąd stały w odpowiedzi na wibracje ultradźwiękowe. (Zobacz Nanogenerator napędzany wibracjami .)
Zespół UIUC jako pierwszy zastosował tytanian baru. W Internecie Litery nano papier Yu i jego koledzy pokazują, że przyłożenie wibracji do pojedynczego nanodrutu tytanianu baru prowadzi do niewielkiej produkcji energii. W swoim eksperymencie naukowcy łączą nanodrut przez przerwę w podłożu, utrzymując jeden koniec nieruchomo i przesuwając drugi koniec. Energia wyjściowa jest bardzo mała – około 0,3 attodżuli – ale przy tej samej konfiguracji nanodrut z tlenku cynku daje 16 razy mniej energii, mówi Yu.
Xudong Wang , naukowiec z grupy Zhong Lin Wang (bez związku) i zwycięzca TR35 z 2007 roku, z radością obserwuje postępy w stosowaniu materiałów innych niż tlenek cynku do wytwarzania nanogeneratorów. Mówi, że wyniki wyglądają obiecująco. Jego zdaniem największą zaletą stosowania tytanianu baru jest to, że możliwe jest generowanie napięć wyższych niż tlenek cynku. Jest to bardzo ważne w przypadku źródła zasilania.
Ale tlenek cynku ma swoje zalety. Jest nietoksyczny dla systemów biologicznych, więc może być lepiej dopasowany niż tytanian baru do urządzeń wszczepialnych. Ponadto łatwiej jest kontrolować wzrost tlenku cynku w celu wytworzenia macierzy nanoprzewodów. Aby stworzyć odpowiednie urządzenie, musisz mieć wiele nanoprzewodów o tej samej orientacji w tym samym miejscu, mówi Xudong Wang. To może być trudne do osiągnięcia z tytanianem baru.
Yu zdaje sobie sprawę z trudności związanych z hodowlą nanodrutów tytanianu baru. Jego i jego kolegów praca jest na tym etapie wstępna, mówi, ale już pokazuje potencjał tworzenia wydajniejszych nanogeneratorów o wyższej wydajności. Co do Cui, mówi, że nanogeneratory tytanianu baru mogą być wykonalne, ale ostrzega, że jeśli chodzi o stworzenie działającego urządzenia, z pewnością jest jeszcze droga do zrobienia.