(PhysOrg.com) -- Om een ​​heel klein apparaat zoals een pacemaker of een transistor van stroom te voorzien, je hebt een nog kleinere generator nodig. De componenten die de generator aandrijven zijn nog kleiner, en de efficiëntie van die fundamentele componenten is van cruciaal belang voor de prestaties van het algehele apparaat.

Voor zijn Ph.D. aan het Georgia Institute of Technology, University of Wisconsin-Madison, assistent-professor materiaalwetenschap en techniek, Xudong Wang, maakte deel uit van een team dat een piëzo-elektrische nanogenerator ontwikkelde en experimenteerde met een verscheidenheid aan materialen om deze van stroom te voorzien.

Het team ontdekte dat zinkoxide nanodraden, die zeszijdige, kolomachtige kristallen, zou 10 nanowatt per vierkante centimeter kunnen produceren door mechanische energie om te zetten in elektriciteit. De mechanische energie kan afkomstig zijn van omgevingsbronnen die zo gevarieerd zijn als wind, auto motoren, menselijke ademhaling, Bloedstroom, lichaamsbewegingen, of akoestische en ultrasone trillingen.

Hoewel de opmars spannend was, de zinkoxide nanodraden hadden een lage efficiëntie, en nu in UW-Madison, Wang pakt deze uitdaging aan door een nieuw materiaal te onderzoeken dat de nanogenerator efficiënter en krachtiger kan maken. Een geoptimaliseerde nanogenerator zou kleine apparaten met een breed scala aan toepassingen van stroom kunnen voorzien, zoals LED's, MEMS, transistors en biomedische apparaten zoals pacemakers, robotten, sensoren of sensordiodes.

Wang ontwikkelt ferro-elektrische materialen die nanodraden kunnen produceren met 10 keer het elektrische potentieel van de originele zinkoxiden. De toename vindt plaats omdat het kristal van een ferro-elektrisch materiaal is gemaakt van ruimtelijk ongebalanceerde atomen die automatische, permanente polarisatie in het materiaal. Wanneer Wang spanning introduceert in dit ongebalanceerde kristal, de polarisatie wordt versterkt, het creëren van een aanzienlijke hoeveelheid elektrisch potentieel.

Er zou heel weinig mechanische energie nodig zijn om de nieuwe nanogenerator van stroom te voorzien, omdat zelfs een kleine hoeveelheid verplaatsing een groter effect heeft op materialen op nanoschaal dan gewone materialen - een theorie die Wang in zijn laboratorium wil bewijzen.

Een uitdaging is het fabriceren van de ferro-elektrische nanodraden, wat een ingewikkelder proces is dan het fabriceren van nanodraden van zinkoxide. Om de ferro-elektrische nanodraden te laten groeien, Wang maakt gebruik van een gesmolten zoutproces. Gesmolten natriumchloride fungeert als reactiemedium om de nanodraden te helpen bij zelfassemblage van voorlopers rond de 1, 500 graden Fahrenheit. Elke nanodraad is 10, 000 keer kleiner dan een enkele mensenhaar.

"We onderzoeken momenteel hoeveel potentieel door dergelijke nanodraden kan worden gegenereerd wanneer ze worden afgebogen met behulp van atoomkrachtmicroscopie, "zegt Wang.

Het uiteindelijke doel van Wang is om een ​​echte nanogenerator te maken die verschillende kleine apparaten van stroom kan voorzien. Aangezien de generator zo'n kleine hoeveelheid stroom nodig zou hebben van bronnen die continu energie leveren, het zou in wezen als een eeuwige batterij kunnen dienen.

Aangeboden door University of Wisconsin-Madison (nieuws:web)