Jauns nanoģenerators

Bezvadu biosensori, kas uzrauga patogēnus ūdenī un mēra asinsspiedienu vai vēža biomarķierus organismā, sarūk līdz nanometru izmēriem. Lai tos darbinātu, pētnieki meklē tikpat mazus strāvas avotus. Nanovadi, kas pārvērš mehānisko enerģiju elektroenerģijā, ir daudzsološa tehnoloģija.





Strāvas līnija: Izmantojot vienkāršu laboratorijas iestatījumu, pētnieki ir parādījuši, ka bārija-titanāta nanovadi var pārveidot mehānisko enerģiju elektroenerģijā. Šis progress varētu novest pie nanoģeneratoriem, kas darbina sīkus bioloģiskos sensorus, nanoierīces un pārnēsājamas elektroniskās ierīces.

Tagad pētnieki no Ilinoisas Universitātes Urbana-Champaign (UIUC) ir spēruši pirmo soli ceļā uz nanoģeneratora izveidi no bārija titanāta. Līdz šim centieni izveidot nanoģeneratorus ir vērsti uz cinka oksīda nanovadiem. Bet bārija titanāts varētu radīt labākus ģeneratorus, jo tam ir spēcīgāks pjezoelektriskais efekts, saka mašīnzinātnes un inženierzinātņu profesors. Min-Feng Yu , kurš vada pētījumu UIUC. Laboratorijas eksperimenti liecina, ka bārija-titanāta nanovads var radīt 16 reizes vairāk elektroenerģijas nekā cinka oksīda nanovads no tāda paša daudzuma mehāniskām vibrācijām, viņš saka.

Nanoģeneratori var novest pie daudziem sasniegumiem: biomedicīnas sensori, ko darbina asins plūsma vai muskuļu kontrakcijas, sīki gāzes sensori, kas darbojas ar vēja vai akustiskiem viļņiem, patogēnu monitori, kurus darbina ūdens plūsma, un pārnēsājama elektronika, kas ir savienota ar nanovadiem apavos. Nanoģeneratora ideja ir kļuvusi arvien pārliecinošāka, saka Yi Cui , materiālu zinātnes un inženierzinātņu profesors Stenfordas Universitātē. Tā ir ideja, kas varētu darboties.



2006. gadā pētnieku komanda, kuru vadīja Džuns Lins Vans Džordžijas Tehnoloģiju institūta pētījums vispirms parādīja, ka cinka oksīda nanovadi var iegūt mehānisko enerģiju, lai ražotu elektroenerģiju. Kopš tā laika Vanga grupa ir panākusi lielu progresu, nesen demonstrējot cinka oksīda nanovadu bloku, kas izvada līdzstrāvu, reaģējot uz ultraskaņas vibrācijām. (Skatiet Nanoģeneratoru, ko darbina vibrācijas.)

UIUC komanda ir pirmā, kas izmanto bārija titanātu. Tiešsaistē Nano burti papīrs , Yu un viņa kolēģi parāda, ka vibrāciju pielietošana vienam bārija-titanāta nanovadam rada nelielu enerģijas izvadi. Savā eksperimentā pētnieki savieno nanovadu pāri substrāta spraugai, turot vienu galu nekustīgu un pārvietojot otru galu. Izvades enerģija ir ārkārtīgi maza — apmēram 0,3 atotoulas, taču tādā pašā iestatījumā cinka oksīda nanovads nodrošina 16 reizes mazāku enerģijas izvadi, saka Yu.

Sjudons Vans , pētnieks Zhong Lin Wang (bez attiecībām) grupā un 2007. gada TR35 uzvarētājs, priecājas redzēt progresu citu materiālu, nevis cinka oksīda izmantošanā nanoģeneratoru ražošanā. Viņš saka, ka rezultāti izskatās daudzsološi. Viņaprāt, lielākā bārija titanāta izmantošanas priekšrocība ir tā, ka ir iespējams radīt lielāku spriegumu nekā cinka oksīds. Tas ir ļoti svarīgi strāvas avotam.



Bet cinka oksīdam ir savas priekšrocības. Tas nav toksisks bioloģiskām sistēmām, tāpēc implantējamām ierīcēm tas varētu būt labāk piemērots nekā bārija titanāts. Turklāt ir vieglāk kontrolēt cinka oksīda augšanu, lai izgatavotu nanovadu blokus. Lai izveidotu piemērotu ierīci, tajā pašā vietā ir jābūt daudziem nanovadiem ar vienādu orientāciju, saka Xudong Wang. To varētu būt grūti panākt ar bārija titanātu.

Yu atzīst grūtības ar bārija-titanāta nanovadu audzēšanu. Viņš saka, ka viņa un viņa kolēģu darbs šobrīd ir provizorisks, taču tas jau parāda potenciālu izveidot efektīvākus, lielākas jaudas nanoģeneratorus. Runājot par Cui, viņš saka, ka bārija titanāta nanoģeneratori varētu būt iespējami, taču viņš brīdina, ka, lai izveidotu funkcionējošu ierīci, noteikti vēl ir daudz darāmā.

paslēpties