Nye nanogeneratorer omdanner mekanisk energi (bevægelsesenergi) til elektricitet – en teknologi, der kan gøre nanoskala apparater uafhængige af store og klodsede batterier.

Nanogeneratorerne muliggør en ny klasse af sensorer, transportable elektroniske apparater og medicinske apparater til implantater, der ikke skal forsynes med energi. Den mekaniske energi, der skal til for at producere elektricitet til apparaterne, kunne komme fra kropsbevægelser, væskestrømme eller muskelsammentrækninger.

Nanogeneratorerne producerer strøm ved at bøje pietzoelektriske og halvledende nanoledninger af zinkoxid, hvorved der skabes en lille ladningsseparation, der kan drive en strøm. Ved at forbinde millioner af sådanne ledninger (figur) kan der produceres strøm nok til at forsyne et nanoskala apparat.


Samling af zinkoxid nanoledninger – “nanogeneratorer”. Nanoledningerne står oprejst med omkring 100 nm' mellemrum og er hver 200 – 500 nm lange med en diameter på 20 – 40 nm. Skanning elektron mikroskop billede.

Nanoteknologi har ført til udviklingen af apparater på nanoskalaen, men deres brug har været begrænset af de energikilder, der skal anvendes til at forsyne dem med energi. For eksempel gør konventionelle batterier apparaterne for store, og indholdet af giftige stoffer begrænser deres brug i kroppen.

Nanogeneratorerne er velegnede til brug inde i kroppen, da zinkoxid er ugiftig. Men teknologien kan potentielt anvendes overalt, hvor der er mekanisk energi tilgængelig – fx kunne vand- og vindenergi eller en fods bevægelser i en sko udnyttes. Nanoledningerne kan også dyrkes på fleksible polymerbaserede film, hvilket en dag kunne tillade transportable apparater at blive forsynet med energi fra dets brugers bevægelser.

“You could envision having these nanogenerators in your shoes to produce electricity as you walk,"

siger Zhong Lin Wang, professor ved School of 'Materials Science and Engineering' på Georgia Institute of Technology, og fortsætter:

"This could be beneficial to soldiers in the field, who now depend on batteries to power their electrical equipment. As long as the soldiers were moving, they could generate electricity."

Strøm ville endda kunne genereres ved at placere nanogeneratorerne et sted, hvor der var akustiske eller ultrasoniske luftvibrationer.

En del forskning er stadig nødvendig før egentlige apparater med den nye teknologi kan se dagens lys. Næste trin i forskningen er at maksimere den effekt, som en samling nanoledninger kan producere. Wang skønner, at nanogeneratorerne vil kunne omdanne op til 30 % af den mekaniske energi til elektrisk energi, hvilket vil være nok til, at en 10 μm2 samling af nanoledninger kunne forsyne et nanoskala apparat (hvis al den dannede elektricitet udnyttes).

"Our bodies are good at converting chemical energy from glucose into the mechanical energy of our muscles. These nanogenerators can take that mechanical energy and convert it to electrical energy for powering devices inside the body. This could open up tremendous possibilities for self-powered implantable medical devices."

Kilder:
Zhong Lin Wang, Jinhui Song; Piezoelectric Nanogenerators Based on Zinc Oxide Nanowire Arrays; Science, 14. april, 2006, 312, 242-246.

Pressemeddelelse: http://www.gatech.edu/news-room/release.php?id=932