(Phys.org)—Een belangrijke stap voorwaarts zetten voor zelfaangedreven systemen, onderzoekers hebben een nanogenerator gebouwd met een ultrahoge uitgangsspanning van 209 V, wat 3,6 keer hoger is dan het vorige record van 58 V. De nanogenerator, die een oppervlakte heeft van minder dan 1 cm ² , kan direct een commerciële LED van stroom voorzien en kan een breed scala aan toepassingen hebben, zoals het bieden van een manier om objecten van stroom te voorzien in het 'Internet of Things'.

De onderzoekers, geleid door Yong Qin aan de Lanzhou University in Lanzhou, China, en de Chinese Academie van Wetenschappen in Peking; en Zhong Lin Wang van de Chinese Academie van Wetenschappen en het Georgia Institute of Technology in de VS, hebben hun studie over de nieuwe nanogenerator gepubliceerd in een recent nummer van Nano-letters .

De nanogenerator bestaat uit een reeks verticaal uitgelijnde nanodraden van 420 μm lang, met elektroden aan de boven- en onderkant van de array. Onder de periodieke impact van een object met een gewicht van ongeveer een half pond, of gewoon de druk van een vinger, de nanogenerator ervaart een druk die ervoor zorgt dat de nanodraadarray vervormt. Door het piëzo-elektrische effect, deze mechanische compressie drijft elektronen naar de onderste elektrode, het opwekken van een elektrische stroom. Wanneer het zware voorwerp wordt verwijderd, de druk wordt opgeheven en de elektronen stromen terug door het circuit. Door deze periodieke mechanische vervorming op de nanogenerator te herhalen, konden de onderzoekers elektriciteit opwekken.

De wetenschappers ontdekten dat de hoeveelheid elektriciteit die door de nanogenerator wordt opgewekt afhangt van de impactkracht. Door een voorwerp met een gewicht van 193 gram op de nanogenerator te laten vallen vanaf verschillende hoogtes variërend van 5 tot 13 mm, de wetenschappers merkten op dat het uitgangssignaal evenredig is met de vierkantswortel van de valhoogte.

In hun experimenten, de onderzoekers toonden aan dat een voldoende grote impactkracht die op de nanogenerator wordt uitgeoefend, een piekspanning van 209 V en een piekstroom van 53 μA kan genereren, overeenkomend met een stroomdichtheid van 23,5 A/cm ² , wat 2,9 keer hoger is dan de vorige record uitgangsstroomdichtheid van 8,13 μA/cm ² .

"Het vermogen van een nanogenerator hangt af van spanning en stroom, omdat het uitgangsvermogen het product is van de spanning en stroom, " vertelde Wang" Phys.org . "Door de uitgangsspanning te verhogen, we hebben natuurlijk het uitgangsvermogen verhoogd. Dit is essentieel voor alle toepassingen voor het aansturen van kleine elektronica, draagbare elektronica en draadloze sensoren."

De onderzoekers toonden aan dat het hier bereikte vermogen hoog genoeg is om een ​​commerciële 1,9 V-led rechtstreeks van stroom te voorzien. In tegenstelling tot de meeste andere nanogeneratoren, het nieuwe apparaat heeft geen energieopslageenheid nodig, een voordeel waardoor zelfaangedreven systemen in een groot aantal verschillende omgevingen kunnen werken.

Naast het voeden van een LED, de nanogenerator kan ook biologische toepassingen hebben. Hier, de onderzoekers gebruikten de nanogenerator om de heupzenuw van een kikker te stimuleren en ervoor te zorgen dat de gastrocnemius-kuitspier van de kikker samentrekt. Eerder, dit fenomeen is aangetoond met een grote nanogenerator met een oppervlakte van ongeveer 9 cm ² , terwijl de nieuwe nanogenerator met een oppervlakte van slechts 0,95 cm ² kan dezelfde zenuwstimulatie uitvoeren en spierbeweging induceren onder de kleine impact van een kleine tik met de vinger.

In de toekomst, kleine krachtige nanogeneratoren zoals deze kunnen toepassingen hebben bij het repareren van biologische neurale netwerken, in de nationale veiligheid, en in het 'internet der dingen'. In dit laatste scenario alle fysieke objecten zouden worden getagd (zoals met radiofrequentie-identificatie [RFID]), en virtueel vertegenwoordigd in een toekomstig internet, waar ze in realtime kunnen worden gevolgd.

"Het toekomstplan is om het uitgangsvermogen voortdurend te verhogen, zodat we aan meer technologische behoeften kunnen voldoen, ' zei Wang.

Copyright 2013 Phys.org
Alle rechten voorbehouden. Dit materiaal mag niet worden gepubliceerd, uitzending, geheel of gedeeltelijk herschreven of herverdeeld zonder de uitdrukkelijke schriftelijke toestemming van Phys.org.