211service.com
Gratis elektricitet fra nanogeneratorer
Nutidens bærbare elektronik (bortset fra selvoptrækkende ure og krankradioer) er afhængig af batterier til strøm. Nu har forskere påvist, at nemme at lave, billige nanotråde kan høste mekanisk energi, hvilket muligvis fører til sådanne fremskridt som medicinske implantater, der kører på elektricitet genereret fra pulserende blodkar og mobiltelefoner drevet af nanotråde i skosålerne.
En graf, der viser spidser af elektrisk udladning, når nanotrådene scannes. (Med tilladelse fra Zhong Lin Wang, Georgia Tech.)
Når du går, genererer du 67 watt. Din fingerbevægelse er 0,1 watt. Dit åndedræt er en watt. Hvis du kan konvertere en brøkdel af det, kan du forsyne en enhed med strøm. Ud fra det koncept, vi har demonstreret, kan vi konvertere 17-30 procent af det, siger Zhong Lin Wang , professor i materialevidenskab ved Georgia Tech og en af forskerne i arbejdet, offentliggjort i tidsskriftet Videnskab .
Deres resultater bekræfter en teori: zinkoxid nanotråde vil vise en kraftig piezoelektrisk effekt, som er produktionen af elektricitet som reaktion på mekanisk tryk. Normalt ophæver de positive og negative ladninger af zink og oxygenioner i disse krystallinske nanotråde hinanden. Men når ledningerne, som er kemisk dyrket til at stå på enden oven på en elektrode, bøjes som reaktion på for eksempel en vibration, forskydes ionerne. Dette ubalancerer ladningerne og skaber et elektrisk felt, der producerer en strøm, når nanotråden er forbundet til et kredsløb.
[For illustrationer og billeder, klik her.]
Selvom hver nanotråd alene producerer meget lidt strøm, siger Wang, med samtidig output fra mange nanotråde, kan vi generere høj effekt, nok til at køre et lille medicinsk implantat. Arbejdet rapporterede i Videnskab involverede kun enkelte nanotråde, men Wang siger, at hans laboratorium allerede har udviklet teknologi til at høste strøm fra flere nanotråde.
Fordi den kemiske proces, hvormed ledningerne kan dyrkes, er billig, kan det på et tidspunkt være praktisk at producere store arrays, der er i stand til at levere nok strøm til forbrugerelektronik. Vi kan dyrke disse på polymersubstrater til meget lave omkostninger, siger Wang. Vores mål er en dag at sætte disse i folks sko, så du kan generere elektricitet, når du går.
Før nogen enheder drevet af nanotråde kan udvikles, skal forskerne dog finde måder at forbinde alle nanotrådene til kredsløb. Det siger Yi Cui , professor i materialevidenskab og ingeniørvidenskab ved Stanford University, vil være en udfordring, men burde være mulig. Faktisk vurderer Wang, at baseret på hans nuværende fremskridt, vil prototype-enheder fungere inden for fem år.
En tidlig anvendelse af nanogeneratorerne er at levere strøm til en glukosesensor implanteret under huden på armen. En sådan sensor ville overføre blodsukkermålinger til et armbåndsur, og, siger Cui, en dag kunne sensorimplantatet automatisk frigive insulin, når det er nødvendigt.
Piezoelektriske materialer bruges ofte i mikroskalaenheder. Det nye ved denne applikation er den lethed, hvormed nanogeneratorer kan laves på nanoskala, siger juni Liu , forsker ved Pacific Northwest National Laboratory. Sådanne tynde ledninger kan bøjes mere end bulk zinkoxid uden at gå i stykker - hvilket gør det muligt at påføre mere belastning og dermed generere mere elektricitet. Jeg synes, det er et meget betydningsfuldt stykke arbejde, siger Liu. [Wang] har gjort ting, som folk havde mistanke om var mulige, men aldrig fået det til at fungere.