211service.com
En ny nanogenerator
Trådlösa biosensorer som övervakar patogener i vatten och mäter blodtryck eller cancerbiomarkörer i kroppen krymper till nanometerdimensioner. För att driva dem letar forskare efter lika små kraftkällor. Nanotrådar som omvandlar mekanisk energi till elektricitet är en lovande teknik.
Kraftledning: Med hjälp av en enkel laboratorieuppsättning har forskare visat att barium-titanat nanotrådar kan omvandla mekanisk energi till elektricitet. Framstegen kan leda till nanogeneratorer som driver små biologiska sensorer, nanoenheter och bärbara elektroniska enheter.
Nu har forskare vid University of Illinois i Urbana-Champaign (UIUC) tagit det första steget mot att bygga en nanogenerator av bariumtitanat. Hittills har ansträngningarna att tillverka nanogeneratorer fokuserat på zinkoxidnanotrådar. Men bariumtitanat kan leda till bättre generatorer eftersom det visar en starkare piezoelektrisk effekt, säger professor i mekanisk vetenskap och teknik. Min-Feng Yu , som leder forskningen vid UIUC. Labbexperiment visar att en barium-titanat nanotråd kan generera 16 gånger så mycket elektricitet som en zinkoxid nanotråd från samma mängd mekaniska vibrationer, säger han.
Nanogeneratorer kan leda till många framsteg: biomedicinska sensorer som drivs av blodflöde eller muskelsammandragningar, små gassensorer som körs på vind eller akustiska vågor, patogenmonitorer som drivs av vattenflöde och bärbar elektronik som är ansluten till nanotrådar i skor. Nanogeneratoridén har blivit mer och mer övertygande, säger Yi Cui , materialvetenskap och ingenjörsprofessor vid Stanford University. Det är en idé som kan fungera.
År 2006 ledde ett team av forskare Zhong Lin Wang från Georgia Institute of Technology visade först att nanotrådar av zinkoxid kunde skörda mekanisk energi för att generera elektricitet. Wangs grupp har sedan dess gjort stora framsteg, senast demonstrerat en zinkoxid-nanowire-array som matar ut likström som svar på ultraljudsvibrationer. (Se Nanogenerator som drivs av vibrationer.)
UIUC-teamet är det första att använda bariumtitanat. I en online Nanobokstäver papper , Yu och hans kollegor visar att användning av vibrationer på en enda bariumtitanat nanotråd leder till en liten energiproduktion. I sitt experiment överbryggar forskarna en nanotråd över ett gap på ett substrat, håller ena änden stationär och flyttar den andra änden. Utgångsenergin är extremt liten – cirka 0,3 attojoule – men för samma installation ger en zinkoxidnanotråd 16 gånger mindre energiuttag, säger Yu.
Xudong Wang , en forskare i Zhong Lin Wangs (ingen relation) grupp och en TR35-vinnare 2007, är glad över att se framsteg när det gäller att använda andra material än zinkoxid för att tillverka nanogeneratorer. Han säger att resultaten ser lovande ut. Den största fördelen med att använda bariumtitanat, anser han, är att det är möjligt att generera högre spänningar än zinkoxid. Detta är mycket viktigt för en strömkälla.
Men zinkoxid har sina egna fördelar. Det är ogiftigt för biologiska system, så det kan vara bättre lämpat än bariumtitanat för implanterbara enheter. Det är också lättare att kontrollera zinkoxidtillväxt för att tillverka nanotrådsuppsättningar. För att göra en användbar enhet måste du ha många nanotrådar med samma orientering på samma plats, säger Xudong Wang. Det kan vara svårt att uppnå med bariumtitanat.
Yu erkänner svårigheterna med att växa barium-titanat nanotrådar. Hans och hans kollegors arbete är preliminärt vid det här laget, säger han, men det visar redan på potentialen för att göra mer effektiva nanogeneratorer med högre effekt. När det gäller Cui, säger han att barium-titanat nanogeneratorer kan vara genomförbara, men han varnar för att när det gäller att göra en fungerande enhet så finns det verkligen fortfarande en väg att gå.