Na zes jaar van intensieve inspanning, wetenschappers rapporteren de ontwikkeling van de eerste commercieel levensvatbare nanogenerator, een flexibele chip die lichaamsbewegingen kan gebruiken - een vingerknijp nu op weg naar een hartslag in de toekomst - om elektriciteit op te wekken. Ik spreek hier vandaag op de 241e National Meeting &Exposition van de American Chemical Society, ze beschreven het vermogen van het apparaat met duizenden keren te verhogen en de spanning met 150 keer om het uiteindelijk uit het laboratorium en naar het dagelijks leven te verplaatsen.

"Deze ontwikkeling vertegenwoordigt een mijlpaal in de richting van het produceren van draagbare elektronica die kan worden aangedreven door lichaamsbewegingen zonder het gebruik van batterijen of stopcontacten, " zei hoofdwetenschapper Zhong Lin Wang, doctoraat "Onze nanogeneratoren staan ​​klaar om in de toekomst levens te veranderen. Hun potentieel wordt alleen beperkt door iemands verbeeldingskracht."

De nieuwste verbeteringen hebben geresulteerd in een nanogenerator die krachtig genoeg is om commerciële LCD-schermen aan te sturen, lichtgevende dioden en laserdiodes. Door de gegenereerde ladingen op te slaan met behulp van een condensator, het uitgangsvermogen is in staat om periodiek een sensor aan te sturen en het signaal draadloos te verzenden.

"Als we het tempo van verbetering kunnen volhouden, de nanogenerator kan een breed scala aan andere toepassingen vinden die meer vermogen vereisen, " voegde hij eraan toe. Wang citeerde, bijvoorbeeld, persoonlijke elektronische apparaten aangedreven door voetstappen die nanogeneratoren in de zool van een schoen activeren; geïmplanteerde insulinepompen aangedreven door een hartslag; en omgevingssensoren aangedreven door nanogeneratoren die wapperen in de wind.

Wang en collega's demonstreerden de commerciële haalbaarheid van de nieuwste nanogenerator door deze te gebruiken om een ​​LED-lamp en een liquid crystal display van stroom te voorzien, zoals die op grote schaal worden gebruikt in veel elektronische apparaten. zoals rekenmachines en computers. De kracht kwam van het knijpen van de nanogenerator tussen twee vingers.

De sleutel tot de technologie zijn nanodraden van zinkoxide (ZnO). ZnO-nanodraden zijn piëzo-elektrisch - ze kunnen een elektrische stroom genereren wanneer ze worden gespannen of gebogen. Die beweging kan vrijwel elke lichaamsbeweging zijn, zoals wandelen, een hartslag, of bloed dat door het lichaam stroomt. De nanodraden kunnen ook elektriciteit opwekken als reactie op wind, rollende banden, of vele andere soorten beweging.

De diameter van een ZnO-nanodraad is zo klein dat 500 van de draden in de breedte van een enkele mensenhaar passen. Wang's groep vond een manier om de elektrische ladingen van miljoenen zinkoxidedraden op nanoschaal te vangen en te combineren. Ze ontwikkelden ook een efficiënte manier om de nanodraden op flexibele polymeerchips te deponeren, elk ongeveer een kwart van de grootte van een postzegel. Vijf op elkaar gestapelde nanogeneratoren produceren ongeveer 1 microampère uitgangsstroom bij 3 volt - ongeveer dezelfde spanning die wordt gegenereerd door twee gewone AA-batterijen (elk ongeveer 1,5 volt).

"Hoewel een paar volt misschien niet veel lijkt, het is met grote sprongen gegroeid ten opzichte van eerdere versies van de nanogenerator, " zei Wang, een wetenschapper aan het Georgia Institute of Technology. "Extra nanodraden en meer nanogeneratoren, op elkaar gestapeld, genoeg energie kan produceren om grotere elektronica van stroom te voorzien, zoals een iPod of het opladen van een mobiele telefoon."

Wang zei dat de volgende stap is om het uitgangsvermogen van de nanogenerator verder te verbeteren en een bedrijf te vinden om de nanogenerator te produceren. Het zou binnen drie tot vijf jaar op de markt kunnen komen, schatte hij. De eerste toepassing van het apparaat is waarschijnlijk als stroombron voor kleine omgevingssensoren en sensoren voor infrastructuurbewaking.