Нановолокна позволят сделать генератор для наноустройств
Новый тип устройств для аккумулирования энергии на базе нановолокон предложили ученые из США. Наногенератор может получать энергию от естественного движения человека или любого другого механического источника, чтобы, например, питать беспроводные датчики, персональную портативную электронику и даже медицинские имплантанты.
Группа ученых из Stevens Institute of Technology и Princeton University (США) предложила конструкцию наногенератора из нановолокон титанита-цирконата свинца (также именуемого lead zirconate titanate, PZT). Данный материал обладает ярко выраженными пьезоэлектрическими свойствами, а также большими значениями диэлектрической постоянной – это, фактически, идеальные условия для преобразования механической энергии в электричество. При этом в отличие от тонких пленок и микроволокон, применявшихся ранее для формирования аналогичных конструкций, нановолокна титанита-цирконата свинца обладают достаточной гибкостью и механической прочностью.
Для создания наногенератора, группа ученых внедрила волокна титанита-цирконата свинца внутрь мягкой матрицы из полимера (polydimethylsiloxane, PDMS) поверх созданных ранее электродов из кремния. Нановолокна имели диаметр порядка 60 нм. Более детально конструкция устройства описана в работе, опубликованной в журнале Nano Letters.
Когда на устройство оказывается механическое давление, через полимерную матрицу оно передается нановолокнам. В результате комбинирования деформаций растяжения и изгиба в нановолокнах возникает электрический заряд, передающийся двум смежным кремниевым электродам. Измерения показывают, что в расчете на объем наноустройства, данный генератор гораздо эффективнее трансформирует энергию, нежели аналогичные конструкции на базе полупроводниковых пьезоэлектрических материалов. В теории максимальная эффективность преобразования механической энергии напрямую зависит от свойств активного материала. В этом смысле предложенный наногенератор находится в весьма выгодном положении по сравнению с существовавшими на сегодняшний день устройствами.
Ученые также обнаружили, что генерируемые напряжение и ток можно варьировать, изменяя расстояние между кремниевыми электродами.
По словам ученых, итоговое устройство может быть сформировано как на кремниевом основании, так и на любой гибкой подложке (если есть такая необходимость). Исследователи считают наиболее перспективным применение разработанного генератора именно в биологических областях. Ведь на сегодняшний день одно из основных ограничений развития биотехники заключается в том, что любые активные имплантанты питаются при помощи батареи, которые должны подзаряжаться или периодически заменяться. А в случае предложенного наногенератора, нужную энергию вполне можно было бы получать от естественных движений в организме человека, например, от кровотока. Эта же технология могла бы обеспечить питанием исследовательских нанороботов, путешествующих по кровеносной системе, о которых уже десятки лет мечтают все научные фантасты.
Если говорить о других «бытовых» применениях, то подобные генераторы также можно размещать в одежде и обуви для того, чтобы аккумулировать энергию движения для зарядки портативных электронных устройств.
Выходные данные:
- Просмотров: 2476
- Комментариев: 0
- Опубликовано: 11.08.2010
- Версий: 2 , текущая: 1
- Статус: экспертная
- Рейтинг: 0.0
Автор:
- Редактор