211service.com
Nový nanogenerátor
Bezdrátové biosenzory, které monitorují patogeny ve vodě a měří krevní tlak nebo biomarkery rakoviny v těle, se zmenšují do nanometrových rozměrů. Pro jejich provoz hledají výzkumníci stejně malé zdroje energie. Slibnou technologií jsou nanodrátky, které přeměňují mechanickou energii na elektřinu.
Elektrické vedení: Pomocí jednoduchého laboratorního nastavení vědci prokázali, že nanodrátky s titaničitanem barnatým dokážou přeměnit mechanickou energii na elektřinu. Pokrok by mohl vést k nanogenerátorům, které pohánějí malé biologické senzory, nanozařízení a přenosná elektronická zařízení.
Nyní vědci z University of Illinois v Urbana-Champaign (UIUC) udělali první krok k vybudování nanogenerátoru z titaničitanu barnatého. Doposud se úsilí o výrobu nanogenerátorů zaměřovalo na zinko-oxidové nanodrátky. Ale titaničitan barnatý by mohl vést k lepším generátorům, protože vykazuje silnější piezoelektrický efekt, říká profesor mechaniky a inženýrství Min-Feng Yu , který vede výzkum na UIUC. Laboratorní experimenty ukazují, že nanodrátek z titaničitanu barnatého může generovat 16krát více elektřiny než nanodrátek z oxidu zinečnatého ze stejného množství mechanických vibrací, říká.
Nanogenerátory by mohly vést k mnoha pokrokům: biomedicínské senzory poháněné průtokem krve nebo svalové kontrakce, malé senzory plynu, které běží na větru nebo akustických vlnách, monitory patogenů poháněné proudem vody a přenosná elektronika, která je připojena k nanovláknům v botách. Myšlenka nanogenerátoru je stále přesvědčivější, říká Yi Cui , profesor materiálové vědy a inženýrství na Stanfordské univerzitě. Je to nápad, který by mohl fungovat.
V roce 2006 tým výzkumníků pod vedením Zhong Lin Wang z Georgia Institute of Technology poprvé ukázal, že nanodrátky z oxidu zinečnatého mohou využívat mechanickou energii k výrobě elektřiny. Wangova skupina od té doby udělala velký pokrok, naposledy předvedla pole zinko-oxidových nanodrátů, které produkuje stejnosměrný proud v reakci na ultrazvukové vibrace. (Viz Nanogenerátor poháněný vibracemi.)
Tým UIUC je první, kdo používá titaničitan barnatý. V online Nano dopisy papír Yu a jeho kolegové ukazují, že aplikace vibrací na jeden nanodrát baryum-titanát vede k malému energetickému výdeji. Ve svém experimentu vědci přemosťují nanodrát přes mezeru na substrátu, přičemž jeden konec zůstávají nehybný a druhý se pohybují. Výstupní energie je extrémně malá – asi 0,3 attojoulu – ale při stejném nastavení poskytuje nanodrátka zinku a oxidu 16krát menší energetický výstup, říká Yu.
Xudong Wang , výzkumník ve skupině Zhong Lin Wang (bez vztahu) a vítěz TR35 z roku 2007, je rád, že vidí pokrok v používání jiných materiálů než oxidu zinečnatého k výrobě nanogenerátorů. Výsledky podle něj vypadají slibně. Největší výhodou použití titaničitanu barnatého je, že je možné generovat vyšší napětí než oxid zinečnatý. To je velmi důležité pro zdroj energie.
Ale oxid zinečnatý má své výhody. Je netoxický pro biologické systémy, takže může být pro implantabilní zařízení vhodnější než titaničitan barnatý. Také je snazší řídit růst oxidu zinečnatého, aby bylo možné vyrobit pole nanodrátů. Chcete-li vytvořit použitelné zařízení, musíte mít mnoho nanodrátů se stejnou orientací na stejném místě, říká Xudong Wang. To by mohlo být obtížné dosáhnout s titaničitanem barnatým.
Yu uznává potíže s pěstováním nanodrátů baryum-titanát. Práce jeho a jeho kolegů je v tuto chvíli předběžná, říká, ale již ukazuje potenciál pro výrobu účinnějších nanogenerátorů s vyšším výkonem. Pokud jde o Cui, říká, že nanogenerátory titaničitanu barnatého by mohly být proveditelné, ale varuje, že pokud jde o vytvoření funkčního zařízení, určitě stále existuje způsob, jak jít.