Nanogeneratory wystarczająco wydajne aby zasilać małe konwencjonalne urządzenia elektroniczne

Mrugające cyfry na ekranie LCD często oznaczają, że zegar urządzenia wymaga resetu. Jednak w laboratorium Zhong Lin Wanga w Georgia Institute of Technology mruganie małego ciekłokrystalicznego ekranu oznaczało sukces prowadzonych od 5 lat prac, dotyczących zasilania konwencjonalnych urządzeń elektronicznych nanoskalowymi generatorami, zbierającymi mechaniczną energię ze środowiska wykorzystując do tego macierze nanoprzewodów.

Mechaniczna energia pochodzi ze ściskania nanogeneratora między palcami, może również pochodzić z wibracji powodowanych biciem serca, uderzeń butów o podłogę, wibracji silników w samochodach i ciężkich maszynach przemysłowych. Takie nanogeneratory nigdy nie będą w stanie wyprodukować olbrzymich ilości elektryczności dla standardowych urządzeń gospodarstwa domowego, za to idealnie nadają się do zasilania mikrourządzeń, np. ładowarki do telefonów komórkowych, itp.

Działanie nanogeneratorów Wanga opiera się na efekcie piezoelektryczności obserwowanym w materiałach krystalicznych, np. w tlenku cynku, w którym ładunek elektryczny wytwarza się podczas ściskania i rozciągania materiału. Wyłapując ładunki z milionów nanoskalowych przewodów wykonanych właśnie z tlenku cynku, Wang wraz ze swoją grupą badaczy stworzył układ generujący napięcie rzędu 3V, który jest w stanie zapewnić przepływ prądu o natężeniu do 300 nA.

"Interesują nas małe urządzenia, np. takie biorące udział w trakcie różnego rodzaju kuracji medycznych, monitorowaniu środowiska naturalnego i elektronice użytkowej" - mówi Wang.

Wcześniejsze generatory wykonane z tlenku cynku wykorzystywały macierze nanoprzewodów wytworzone na substracie oraz zakończone metalową elektrodą. W późniejszych wersjach pojawiły się polimerowe wstawki na obu końcach nanoprzewodów. Ostateczna wersja generatora powstaje poprzez nakropienie cieńkiej metalowej elektrody na arkusz elastycznego polimeru. Następnie łączy się kilka takich warstw.

Ściskając taką "kanapkę" z nanoprzewodów o rozmiarze 2x1,5cm wytwarza się wystarczająco dużo energii aby zasilić wyświetlacz kalkulatora kieszonkowego.

Pomimo tego, że obecna wersja nie jest wystarczająca aby zasilić, np. iPoda, Wang wierzy, że to kwestia od 3 do 5 lat, kiedy będzie to możliwe. Obecny generator jest niemal 100 razy bardziej wydajny niż jego pierwotne wersje, które powstały w laboratoriach dosłownie rok temu.

Georgia Institute of Technology