211service.com
En hybrid nano-energihøster
Generatorer i nanoskala kan omdanne omgivende mekanisk energi – vibrationer, væskeflow og endda biologisk bevægelse – til en strømkilde. Nu har forskere kombineret en nanogenerator med en solcelle for at skabe en integreret mekanisk- og solenergi-høstanordning. Denne hybridgenerator er den første af sin slags og kan f.eks. bruges til at drive flysensorer ved at fange sollys såvel som motorvibrationer.
Nano hybrid: En farvefølsom solcelle (øverst) og en nanogenerator (nederst) sidder på det samme substrat i den nye enhed.
Nanogeneratorer bruger typisk piezoelektriske nanotråde - hårlignende zinkoxidstrukturer, der genererer et elektrisk potentiale, når de belastes mekanisk - for at producere små mængder strøm. De første sådanne enheder blev lavet af Zhong Lin Wang , professor ved Georgia Tech og direktør for instituttets Center for Nanostructure Characterization. Wang håber, at nanogeneratorer en dag vil eliminere behovet for batterier i implanterbare medicinske sensorer og i sidste ende vil generere nok strøm til at oplade større personlig elektronik.
Sammenlignet med solceller er nanogeneratorer stadig en relativt ineffektiv måde at høste energi på, siger Wang, men nogle gange er solenergi ikke tilgængelig. Så han samarbejdede med Xudong Wang , en assisterende professor i materialevidenskab og teknik ved University of Wisconsin-Madison, for at lave den nye hybridenhed.
Den kombinerer to tidligere udviklede teknologier, som begge er afhængige af zinkoxid-nanotråde, i et lagdelt siliciumsubstrat. Det øverste lag består af en tyndfilm solcelle indlejret med farvestofbelagte zinkoxidnanotråde. Det store overfladeareal af nanotrådene booster enhedens lysabsorption, et design baseret på arbejde af Peidong Yang , professor i kemi ved University of California, Berkeley. Det nederste lag indeholder Wangs nanogenerator. På undersiden af silicium er en takket række af polymer-coated zinkoxid nanotråde i et tandlignende arrangement. Når enheden udsættes for vibrationer, skraber disse tænder mod en underliggende række af vertikalt justerede zinkoxid-nanotråde, hvilket skaber et elektrisk potentiale.
Solcellen og nanogeneratoren er elektrisk forbundet af selve siliciumsubstratet, der både fungerer som solcellens anode og nanogeneratorens katode. Det er muligt at samle store grupper af solceller og nanogeneratorer, men at have dem integreret i et enkelt system fylder mindre og er også mere energieffektivt. Prototypenheden kan generere 0,6 volt solenergi og 10 millivolt piezoelektrisk strøm. Mens prototype-enheden kun havde én nanogenerator, forventer Wang at øge udgangseffekten ved at skabe enheder med flere lag af nanogeneratorer. Han siger, at en sandsynlig første anvendelse af disse enheder kan være i sensorladede militærfly. Det amerikanske luftvåben udsendte for nylig en indkaldelse af forslag til forskningsfinansiering relateret til hybride energiopfangende enheder.
Charles kære , en professor i kemi ved Harvard University, siger, at Wangs enhed er kreativ og, så vidt han ved, er den første hybride nanoskala-enhed, der er i stand til at høste to typer energi. Det er særligt vigtigt, da den ene er lysaktiv, mens den anden kan arbejde i mørke, siger Lieber. Han forventer, at Wangs arbejde vil inspirere andre forskere til at fokusere på hybride nanogeneratorenheder såvel som på enheder, der kombinerer nanogeneratorer med komplementær nanoaktiveret strømlagring.