Наногенераторы для миниатюрных электронных устройств

Мигание цифр на жидкокристаллическом дисплее (LCD), в большинстве случаев, говорит о необходимости скинуть временные настройки устройства. Но в лаборатории Чжун Лин Ван в Georgia Tech мигающие на маленьком ЖК-дисплее цифры символизируют успех, увенчавший пятилетние попытки запитать небольшие электронные устройства от наногенераторов, «собирающих» механическую энергию из внешней среды посредством решетки из нанопроводов.

В этом случае механическая энергия производится в следствии сжатия наногенератора двумя пальцами, но с тем же успехом это возможно биение сердца, топот ботинок по горной тропе, шуршание рубахи либо вибрация тяжелого станка. Не смотря на то, что наногенераторы ни при каких обстоятельствах не смогут создавать количество электричества большое для простых потребностей, ее будет вполне достаточно для питания наноразмерных и микромасштабных устройств – кроме того для зарядки кардиостимуляторов либо iPod плееров.

Наногенераторы Вана трудятся за счет пьезоэлектрического результата, характерного для некоторых кристаллических материалов (а также оксида цинка) – другими словами за счет появления в материале потенциала заряда при сгибании либо сжатии выполненных из него конструкций. Методом объединения и сбора зарядов миллионов наноразмерных проводков из оксида цинка Ван и его исследовательская несколько смогут взять напряжение до трех вольт – и силу тока в 300 наноампер.

В следствии упрощения конструкции, придания ей большей надежности и включении в схему большего количества нанопроводов мы удачно повысили производительность отечественного наногенератора, которой сейчас достаточно для питания таких устройств, как коммерческие жидкокристаллические дисплеи, лазерные диоды и светодиоды, – с гордостью заявил доктор наук Ван, член инженерии Школы и правления материаловедения Технологического университета Джорджии. – В случае если нам удастся и в будущем поддерживать тот же темп усовершенствования, скоро мы сможем на практике использовать наногенераторы в медицинских устройствах, персональной электронике либо средствах мониторинга внешней среды.

Последние усовершенствования наногенераторов, включая более несложный метод их производства, были представлены онлайн в издании Nano Letters в начале Ноября 2010 года. Более ранние отчеты в том же издании и в Nature Communications информировали о вторых достижениях данной научной разработки, проходящей при помощи Управления перспективного планирования оборонных научно-исследовательских работ (DARPA), Министерства энергетики США, ВВС Соеденненых Штатов и Национального научного фонда.

В самых ранних прототипах наногенераторов из оксида цинка употреблялась решетка нанопроводов, выращенная (как лес, столбиками диаметром 200-500 и высотой 20-40 нанометров) на твёрдой подложке с железным электродом сверху. В более поздних предположениях оба финиша нанопроводов погружали в полимер, энергия производилась несложным сгибанием данной конструкции. Независимо от конфигурации устройств они потребовали тщательного выращивания решетки нанопроводников и кропотливой сборки.

В последней работе Ван и члены его группы Юфан Ху, Чжан Янь, Чэнь Сюй, Гуан Чжу и Зетанг Ли сказали о значительно более несложном технологическом ответе данной задачи. Во-первых, они вырастили решетки из нового типа нанопроводов конической формы. Эти провода были вырезаны из растящей их подложки и помещены в спиртовой раствор. После этого раствору с содержанием нанопроводов дали стечь на узкий лист и металлический электрод эластичной полимерной пленки.

По окончании подсыхания спирта был создан новый слой. Согласно точки зрения Вана, таковой процесс создания композита из нескольких слоев нанопроволоки/полимера сможет быть расширен до отметки производства.

При сгибании эти «бутерброды» из нанопроволоки размером 2 на 1,5 сантиметров создают хватает электроэнергии для питания обычного дисплея, заимствованного из карманного калькулятора.

По словам Вана, наногенераторы на данный момент близки к тому, дабы создавать достаточный ток для независимого питания совокупности мониторинга внешней среды на предмет наличия, например, токсичных газов, и передачи ею предупреждения. В совокупность имели возможность бы входить конденсаторы, талантливые накапливать малые заряды , пока энергии не стало бы достаточно для отправки пакета данных.

Не смотря на то, что производительность наногенераторов все еще остается ниже уровня, нужного для зарядки устройств типа iPod либо кардиостимуляторов, Ван считает, что эти уровни будут достигнуты в течение ближайших трех-пяти лет. Мощность представленного сейчас наногенератора, отмечает он, превышает возможности созданного его группой годом ранее практически в 100 раз.

В отдельной статье, размещённой в октябре в издании Nature Communications члены группы Шэн Сю, Бенджамин Дж. Хансен и Ван сказали о новой методике изготовления пьезоэлектрических нанопроводов из цирконата-титаната свинца – кроме этого известного как ЦТС. Материал уже употребляется в индустрии, но выращивание его сопряжено с некоторыми трудностями, поскольку требует поддержания температуры порядка 650 градусов Цельсия.

Команда же Вана для выращивания монокристальных вертикальных решеток нанопроводов применяла процесс, известный как гидротермальное разложение, нужная температура для прохождения которого образовывает только 230 градусов Цельсия. От ЦТС наногенераторов ученые смогли запитать лазерный диод, показав так еще одну, не смотря на то, что и менее действенную, альтернативу наногенераторам из оксида цинка.

В еще одной статье, размещённой в Nano Letters, Ван, Гуан Чжу, Русен Янга и Сихон Ван сказали о еще одном методе увеличения продуктивности наногенератора. Их подход, названный масштабируемой развертывающей печатью, включает в себя два этапа: (1) перемещение вертикально выстроенных нанопроводов из оксида цинка на приемную подложку для создания горизонтальных решеток; (2) использование параллельных ленточных электродов для объединения всех нанопроволок. В следствии применения единственного слоя данной структуры исследователи смогли взять напряжение разомкнутой цепи в 2,03 вольт и пиковую плотность выходной мощности около 11 мВт/см3.

“С момента начала разработок в 2005 году мы смогли существенно улучшить показатели выходной мощности наногенераторов,– отметил Ван. – Это уже практически то, что необходимо. Я уверен, что в случае если мы сможем оперировать этими небольшими подробностями, то и зарядка малых совокупностей наногенераторами в скором времени станет действительностью. Я сохраняю надежду заметить использование на практике отечественных разработок уже в ближайшие пять лет.

Источник: sciencedaily.com

• нано
• наногенераторы

Author: NataKon

Случайные записи:

• Города выбирают технологии открытых систем и облачных вычислений
• Крыса умнее, чем google

Зарядное устройство для миниатюрных дисковых батареек(часовых,таблеток).

Похожие статьи, которые вам понравятся:

• Volvo тестирует быстрое зарядное устройство для электромобилей

  Опробования нового зарядного устройства для электромобилей проводит компания Volvo Car Corporation. Время зарядки аккумуляторной батареи электрического…

• Мини-гэс для зарядки мобильных устройств

  Новое устройство, называющиеся Blue Freedom, предлагает альтернативу солнечным панелям, топливным элементам, динамо-автомобилям, ветряным турбинам,…

• Зарядное устройство для мобильного телефона на основе элемента пельтье

  В этом видео поведано, как изготовить простейшее зарядное устройство для сотового телефона без применения сложных частей, базируясь на базе элементов…

• Плазмоны в электронной жидкости — новая концепция для логических элементов

  Компьютеры будущего будут трудиться не на электронах, а на волнах, распространяющихся по электронной «жидкости». Новую концепцию устройства электроники…