Unglaubliche Fortschritte in der Nanotechnologie, einschließlich biomedizinischer und tragbarer Elektronik, erfordern Innovationen bei geeigneten Stromquellen. Die Nanogenerator-Technologie schreitet voran, um diesen Bedarf zu decken.
Was sind Nanogeneratoren
Das Wort Nano bedeutet milliardstel ein Nanometer ist also ein Milliardstel Meter. Dies ist die winzige Welt, in der Nanogeneratoren arbeiten, die nur durch Hochleistungsmikroskope sichtbar ist. Die Stromerzeugung in diesem Maßstab erfordert spezielle Methoden zur Energiegewinnung. Die drei derzeit verwendeten Arten von NanogeneratorenDie Entwicklung von Forschern auf der ganzen Welt erfolgt piezoelektrisch, triboelektrisch und pyroelektrisch. Wie funktionieren diese winzigen Wunder?
Piezoelektrische Nanogeneratoren
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Piezoelektrische Nanogeneratoren nutzen den piezoelektrischen Effekt zur Stromerzeugung. Aus dem griechischen Wort Piezein , Bedeutung drücken , der piezoelektrische Effekt beschreibt die Erzeugung eines elektrischen Feldes als Reaktion auf die Verformung der Kristallstruktur des Materials. Dies tritt aufgrund der Änderung der relativen Position polarisierter Moleküle innerhalb der Struktur auf. Verformung kann durch Anlegen von direktem Druck auftretenoder durch Vibration.
Triboelektrische Nanogeneratoren
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Der triboelektrische Effekt regelt den Betrieb triboelektrischer Nanogeneratoren. Aus einem anderen griechischen Wort Tribo , Bedeutung reiben Der triboelektrische Effekt ist das Phänomen, bei dem Elektronen durch Kontakt von einem Material auf ein anderes übertragen werden, wodurch ein Unterschied im elektrischen Potential zwischen den beiden Oberflächen entsteht.
Pyroelektrische Nanogeneratoren
Wie zu erwarten, nutzen pyroelektrische Nanogeneratoren - Sie haben es erraten - den pyroelektrischen Effekt. Dieser Effekt beschreibt die Erzeugung einer Spannung über eine Wärmedifferenz. Die Spannungserzeugung erfolgt in bestimmten Materialien beim Erhitzen aufgrund kleiner Positionsänderungen vonpolarisierte Atome innerhalb der Struktur.
Anatomie eines Nanogenerators
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Die Auswahl der Materialien, aus denen ein Nanogenerator besteht, hängt von seiner Methode zur Energiesammlung ab. Eine führende Gruppe von Forschern in der Nanogeneratortechnologie arbeitet aus dem Georgia Institute of Technology . Dieses Team unter der Leitung von Professor Zhong Lin Wang konzentriert seine Bemühungen auf piezoelektrische Nanogeneratoren unter Verwendung von Zinkoxid ZnO -Nanodrähten.
Ein anderes Forscherteam hat einen anderen Ansatz zur Erzeugung von Piezoelektrizität im Nanomaßstab gewählt. Das Material seiner Wahl ist Blei-Zirkonat-Titanat PZT. Dieses Material ist extrem spröde, jedoch eine problematische Eigenschaft für ein Material unter Belastung. Das Teamhaben sich einen einzigartigen Weg ausgedacht, um dies zu umgehen und die PZT zu formen Nanobänder und setzen Sie sie in einem wellenförmigen Muster.
Anwendungen
Von Sensoren bis hin zu tragbarer Elektronik wächst das Angebot an verfügbaren Nanotechnologien von Jahr zu Jahr. Unglaubliche Innovationen in der Biomedizin in den letzten Jahren erinnern an unsere Science-Fiction-Träume der 1980er Jahre. Implantierbare medizinische Geräte erfordern eine konstante, zuverlässige Leistung und invasive Chirurgie, um sie zu ersetzenBatteriepacks sind keine perfekte Lösung. Die automatischen Bewegungen des Körpers, einschließlich Herzschlag und Atmung, könnten die kinetische Energie liefern, die von piezoelektrischen Nanogeneratoren benötigt wird. Kleinste Bewegungen erzeugen Reibung und können triboelektrische Nanogeneratoren antreiben. AbwärmeEnergie ist im menschlichen Körper im Überfluss vorhanden und liefert Brennstoff für pyroelektrische Nanogeneratoren.
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2012 gab es einige massive Fortschritte bei der Ausgangsleistungsdichte von Nanogeneratoren, und die wachsende Zahl von Forschern auf der ganzen Welt zeigt keine Anzeichen dafür, dass sich dieser Fortschritt verlangsamt. Von der in Ihre Kleidung eingebetteten Technologie bis hin zu Unterhautimplantaten versprechen Nanogeneratoren, die Zukunft der Nanotechnologie zu gestaltenweitaus benutzerfreundlicher.
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Geschrieben von Jody Binns