Kostenloser Strom aus Nanogeneratoren

Die heutige tragbare Elektronik (mit Ausnahme von Uhren mit Automatikaufzug und Kurbelradios) ist für die Stromversorgung von Batterien abhängig. Jetzt haben Forscher gezeigt, dass einfach herzustellende, kostengünstige Nanodrähte mechanische Energie gewinnen können, was möglicherweise zu Fortschritten wie medizinischen Implantaten führt, die mit Strom betrieben werden, der aus pulsierenden Blutgefäßen erzeugt wird, und Mobiltelefonen, die durch Nanodrähte in den Schuhsohlen betrieben werden.

Ein Diagramm, das elektrische Entladungsspitzen zeigt, wenn die Nanodrähte gescannt werden. (Mit freundlicher Genehmigung von Zhong Lin Wang, Georgia Tech.)

Beim Gehen erzeugen Sie 67 Watt. Ihre Fingerbewegung beträgt 0,1 Watt. Ihre Atmung beträgt ein Watt. Wenn Sie einen Bruchteil davon umwandeln können, können Sie ein Gerät mit Strom versorgen. Mit dem von uns demonstrierten Konzept können wir 17-30 Prozent davon umsetzen, sagt Zhong Lin Wang , Professor für Materialwissenschaften an der Georgia Tech und einer der Forscher der in der Zeitschrift veröffentlichten Arbeit Wissenschaft .



Ihre Ergebnisse bestätigen eine Theorie: Zinkoxid-Nanodrähte zeigen einen starken piezoelektrischen Effekt, bei dem es sich um die Erzeugung von Elektrizität als Reaktion auf mechanischen Druck handelt. Normalerweise heben sich die positiven und negativen Ladungen von Zink- und Sauerstoffionen in diesen kristallinen Nanodrähten gegenseitig auf. Aber wenn die Drähte, die chemisch gewachsen sind, um auf einer Elektrode zu stehen, sich beispielsweise aufgrund einer Vibration verbiegen, werden die Ionen verdrängt. Dies bringt die Ladungen aus dem Gleichgewicht und erzeugt ein elektrisches Feld, das einen Strom erzeugt, wenn der Nanodraht an einen Stromkreis angeschlossen wird.

[Für Illustrationen und Bilder klicken Sie hier.]

Obwohl jeder Nanodraht allein sehr wenig Strom erzeugt, können wir bei gleichzeitigem Ausgang vieler Nanodrähte eine hohe Leistung erzeugen, die ausreicht, um ein kleines medizinisches Implantat zu betreiben, sagt Wang. Die Arbeit berichtet in Wissenschaft nur einzelne Nanodrähte beteiligt waren, aber Wang sagt, dass sein Labor bereits eine Technologie entwickelt hat, um Energie aus mehreren Nanodrähten zu gewinnen.

Da der chemische Prozess, mit dem die Drähte gezüchtet werden können, kostengünstig ist, kann es irgendwann praktisch sein, große Arrays herzustellen, die in der Lage sind, genügend Leistung für die Unterhaltungselektronik bereitzustellen. Diese können wir zu sehr geringen Kosten auf Polymersubstraten züchten, sagt Wang. Unser Ziel ist es, diese eines Tages in die Schuhe der Menschen zu stecken, damit Sie beim Gehen Strom erzeugen können.

Bevor jedoch mit Nanodrähten betriebene Geräte entwickelt werden können, müssen Forscher Wege finden, alle Nanodrähte mit Schaltkreisen zu verbinden. Das sagt Yi Cui , Professor für Materialwissenschaften und -technik an der Stanford University, wird eine Herausforderung sein, sollte aber machbar sein. Wang schätzt, dass basierend auf seinen aktuellen Fortschritten Prototypen von Geräten innerhalb von fünf Jahren funktionieren werden.

Eine frühe Anwendung der Nanogeneratoren ist die Stromversorgung eines unter die Haut des Arms implantierten Glukosesensors. Ein solcher Sensor würde Blutzuckerwerte an eine Armbanduhr übertragen, und laut Cui könnte das Sensorimplantat eines Tages bei Bedarf automatisch Insulin freisetzen.

Piezoelektrische Materialien werden häufig in Geräten im Mikromaßstab verwendet. Neu an dieser Anwendung ist die Leichtigkeit, mit der Nanogeneratoren im Nanobereich hergestellt werden können, sagt Juni Liu , Forscher am Pacific Northwest National Laboratory. Solche dünnen Drähte lassen sich besser biegen als Bulk-Zinkoxid, ohne zu brechen – und können so mehr Spannung aufbringen und so mehr Strom erzeugen. Ich denke, es ist eine sehr bedeutende Arbeit, sagt Liu. [Wang] hat Dinge getan, die die Leute für möglich hielten, aber nie funktionierten.

verbergen

Tatsächliche Technologien

Kategorie

Unkategorisiert

Technologie

Biotechnologie

Technologierichtlinie

Klimawandel

Mensch Und Technik

Silicon Valley

Computer

Mit News Magazine

Künstliche Intelligenz

Platz

Intelligente Städte

Blockchain

Reportage

Alumni-Profil

Alumni-Verbindung

Mit News Feature

1865

Meine Sicht

77 Mass Avenue

Treffen Sie Den Autor

Profile In Großzügigkeit

Auf Dem Campus Gesehen

Lerne Den Autor Kennen

Alumni-Briefe

Nicht Kategorisiert

77 Massenallee

Rechnen

Tech-Richtlinie

Lernen Sie Den Autor Kennen

Nachrichten

Wahl 2020

Mit Index

Unter Der Kuppel

Feuerwehrschlauch

Unendliche Geschichten

Pandemie-Technologieprojekt

Vom Präsidenten

Titelstory

Fotogallerie

Empfohlen