211service.com
Een nieuwe nanogenerator
Draadloze biosensoren die ziekteverwekkers in water monitoren en bloeddruk of kankerbiomarkers in het lichaam meten, krimpen tot nanometer-afmetingen. Om ze te bedienen, zoeken onderzoekers naar even kleine stroombronnen. Nanodraden die mechanische energie omzetten in elektriciteit zijn een veelbelovende technologie.
Hoogspanningslijn: Met behulp van een eenvoudige laboratoriumopstelling hebben onderzoekers aangetoond dat bariumtitanaat-nanodraden mechanische energie kunnen omzetten in elektriciteit. De opmars zou kunnen leiden tot nanogeneratoren die kleine biologische sensoren, nanodevices en draagbare elektronische apparaten van stroom voorzien.
Nu hebben onderzoekers van de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign (UIUC) de eerste stap gezet in de richting van het bouwen van een nanogenerator uit bariumtitanaat. Tot nu toe waren de inspanningen om nanogeneratoren te maken gericht op nanodraden van zinkoxide. Maar bariumtitanaat zou kunnen leiden tot betere generatoren omdat het een sterker piëzo-elektrisch effect vertoont, zegt professor werktuigbouwkunde en techniek Min-Feng Yu , die het onderzoek leidt bij UIUC. Labexperimenten tonen aan dat een bariumtitanaat-nanodraad 16 keer zoveel elektriciteit kan opwekken als een zinkoxide-nanodraad uit dezelfde hoeveelheid mechanische trillingen, zegt hij.
Nanogeneratoren kunnen tot veel vooruitgang leiden: biomedische sensoren die worden aangedreven door de bloedstroom of spiercontracties, kleine gassensoren die op wind of akoestische golven werken, ziekteverwekkers die worden aangedreven door waterstroom en draagbare elektronica die is aangesloten op nanodraden in schoenen. Het idee van een nanogenerator is steeds overtuigender geworden, zegt Yi Cui , professor materiaalwetenschap en techniek aan de Stanford University. Het is een idee dat zou kunnen werken.
In 2006 heeft een team van onderzoekers onder leiding van Zhong Lin Wang van het Georgia Institute of Technology toonde voor het eerst aan dat zinkoxide-nanodraden mechanische energie kunnen oogsten om elektriciteit op te wekken. De groep van Wang heeft sindsdien veel vooruitgang geboekt en heeft recentelijk een zinkoxide-nanodraadarray gedemonstreerd die gelijkstroom afgeeft als reactie op ultrasone trillingen. (Zie Nanogenerator aangedreven door trillingen.)
Het UIUC-team is de eerste die bariumtitanaat gebruikt. in een online Nano-letters papier , laten Yu en zijn collega's zien dat het toepassen van trillingen op een enkele bariumtitanaat-nanodraad leidt tot een kleine energie-output. In hun experiment overbruggen de onderzoekers een nanodraad over een opening op een substraat, waarbij ze het ene uiteinde stationair houden en het andere uiteinde verplaatsen. De uitgangsenergie is extreem klein - ongeveer 0,3 attojoule - maar voor dezelfde opstelling geeft een zinkoxide-nanodraad 16 keer minder kleinere energie-output, zegt Yu.
Xudong Wang , een onderzoeker in de (geen familie) groep van Zhong Lin Wang en een TR35-winnaar van 2007, is verheugd om de vooruitgang te zien bij het gebruik van andere materialen dan zinkoxide om nanogeneratoren te maken. Hij zegt dat de resultaten er veelbelovend uitzien. Het grootste voordeel van het gebruik van bariumtitanaat is volgens hem dat het mogelijk is hogere spanningen op te wekken dan zinkoxide. Dit is erg belangrijk voor een stroombron.
Maar zinkoxide heeft zijn eigen voordelen. Het is niet-toxisch voor biologische systemen, dus het is misschien beter geschikt dan bariumtitanaat voor implanteerbare apparaten. Het is ook gemakkelijker om de groei van zinkoxide te beheersen om nanodraadarrays te fabriceren. Om een geschikt apparaat te maken, moet je veel nanodraden met dezelfde oriëntatie op dezelfde locatie hebben, zegt Xudong Wang. Dat kan met bariumtitanaat moeilijk te bereiken zijn.
Yu erkent de problemen met het kweken van bariumtitanaat-nanodraden. Het werk van hem en zijn collega's is op dit moment voorlopig, zegt hij, maar het toont al het potentieel aan om efficiëntere nanogeneratoren met een hoger rendement te maken. Wat Cui betreft, zegt hij dat bariumtitanaat-nanogeneratoren mogelijk haalbaar zijn, maar hij waarschuwt dat er zeker nog een weg te gaan is om een werkend apparaat te maken.