211service.com
En ny nanogenerator
Trådløse biosensorer, der overvåger patogener i vand og måler blodtryk eller kræftbiomarkører i kroppen, krymper til nanometerdimensioner. For at betjene dem leder forskerne efter lige så små strømkilder. Nanotråde, der omdanner mekanisk energi til elektricitet, er en lovende teknologi.
Strømkabel: Ved hjælp af en simpel laboratorieopsætning har forskere vist, at barium-titanat nanotråde kan omdanne mekanisk energi til elektricitet. Fremskridtet kan føre til nanogeneratorer, der driver små biologiske sensorer, nanoenheder og bærbare elektroniske enheder.
Nu har forskere ved University of Illinois i Urbana-Champaign (UIUC) taget det første skridt mod at bygge en nanogenerator ud af bariumtitanat. Indtil videre har bestræbelserne på at lave nanogeneratorer fokuseret på zinkoxid-nanotråde. Men bariumtitanat kan føre til bedre generatorer, fordi det viser en stærkere piezoelektrisk effekt, siger professor i mekanisk videnskab og ingeniørvidenskab Min-Feng Yu , der leder forskningen på UIUC. Laboratorieforsøg viser, at en barium-titanat nanotråd kan generere 16 gange så meget elektricitet som en zinkoxid-nanotråd ud fra den samme mængde mekaniske vibrationer, siger han.
Nanogeneratorer kan føre til mange fremskridt: biomedicinske sensorer drevet af blodgennemstrømning eller muskelsammentrækninger, bittesmå gassensorer, der kører på vind eller akustiske bølger, patogenmonitorer drevet af vandstrøm og bærbar elektronik, der er koblet til nanotråde i sko. Nanogenerator-ideen er blevet mere og mere overbevisende, siger Yi Cui , professor i materialevidenskab og ingeniør ved Stanford University. Det er en idé, der kan virke.
I 2006 blev et team af forskere ledet af Zhong Lin Wang fra Georgia Institute of Technology viste først, at zinkoxid-nanotråde kunne høste mekanisk energi til at generere elektricitet. Wangs gruppe har siden gjort store fremskridt, og har senest demonstreret et zinkoxid-nanowire-array, der udsender jævnstrøm som reaktion på ultralydsvibrationer. (Se Nanogenerator drevet af vibrationer.)
UIUC-teamet er det første til at bruge bariumtitanat. I en online Nano bogstaver papir , Yu og hans kolleger viser, at påføring af vibrationer på en enkelt barium-titanat nanotråd fører til et lille energioutput. I deres eksperiment slår forskerne en nanotråd over et mellemrum på et substrat, holder den ene ende stationær og bevæger den anden ende. Udgangsenergien er ekstremt lille - omkring 0,3 attojoule - men for den samme opsætning giver en zinkoxidnanotråd 16 gange mindre energioutput, siger Yu.
Xudong Wang , en forsker i Zhong Lin Wangs (ingen relation) gruppe og en TR35-vinder i 2007, er glad for at se fremskridt med at bruge andre materialer end zinkoxid til at lave nanogeneratorer. Han siger, at resultaterne ser lovende ud. Den største fordel ved at bruge bariumtitanat, mener han, er, at det er muligt at generere højere spændinger end zinkoxid. Dette er meget vigtigt for en strømkilde.
Men zinkoxid har sine egne fordele. Det er ikke-toksisk for biologiske systemer, så det kan være bedre egnet end bariumtitanat til implanterbare enheder. Det er også lettere at kontrollere zinkoxidvækst for at fremstille nanotrådsarrays. For at lave en anvendelig enhed skal du have mange nanotråde med samme orientering på samme sted, siger Xudong Wang. Det kan være svært at opnå med bariumtitanat.
Yu erkender vanskelighederne med at dyrke barium-titanat nanotråde. Hans og hans kollegers arbejde er foreløbigt på dette tidspunkt, siger han, men det viser allerede potentialet for at lave mere effektive nanogeneratorer med højere output. Med hensyn til Cui siger han, at barium-titanat nanogeneratorer kan være gennemførlige, men han advarer om, at med hensyn til at lave en fungerende enhed, er der bestemt stadig en vej at gå.