Nanogenerators output tredobler tidligere rekord

(Phys.org) – At tage et vigtigt skridt fremad for selvdrevne systemer, forskere har bygget en nanogenerator med en ultrahøj udgangsspænding på 209 V, hvilket er 3,6 gange højere end den tidligere rekord på 58 V. Nanogeneratoren, som har et areal på mindre end 1 cm ² , kan øjeblikkeligt forsyne en kommerciel LED og kan have en lang række applikationer, såsom at give en måde at forsyne objekter i "Internet of Things."

Forskerne, ledet af Yong Qin ved Lanzhou University i Lanzhou, Kina, og det kinesiske videnskabsakademi i Beijing; og Zhong Lin Wang fra det kinesiske videnskabsakademi og Georgia Institute of Technology i USA, har offentliggjort deres undersøgelse om den nye nanogenerator i et nyligt nummer af Nano bogstaver .

Nanogeneratoren består af et array af vertikalt justerede 420 μm lange nanotråde, med elektroder på toppen og bunden af ​​arrayet. Under den periodiske påvirkning af et objekt, der vejer omkring et halvt pund, eller blot et tryk på en finger, nanogeneratoren oplever et tryk, der får nanowire-arrayet til at deformeres. På grund af den piezoelektriske effekt, denne mekaniske kompression driver elektroner mod bundelektroden, genererer en elektrisk strøm. Når den tunge genstand fjernes, trykket udløses, og elektronerne strømmer tilbage gennem kredsløbet. Ved at gentage denne periodiske mekaniske deformation på nanogeneratoren, forskerne kunne producere elektricitet.

Forskerne fandt ud af, at mængden af ​​elektricitet, der genereres af nanogeneratoren, afhænger af slagkraften. Ved at tabe en genstand med en vægt på 193 gram på nanogeneratoren fra forskellige højder fra 5 til 13 mm, forskerne observerede, at udgangssignalet er proportionalt med kvadratroden af ​​faldhøjden.

I deres eksperimenter, forskerne viste, at en tilstrækkelig stor slagkraft påført nanogeneratoren kan generere en spidsspænding på 209 V og en spidsstrøm på 53 μA, svarende til en strømtæthed på 23,5 μA/cm ² , hvilket er 2,9 gange højere end den tidligere rekordudgangsstrømtæthed på 8,13 μA/cm ² .

"En nanogenerators effekt afhænger af spænding og strøm, fordi udgangseffekten er produktet af spændingen og strømmen, " fortalte Wang Phys.org . "Ved at hæve udgangsspændingen, vi hævede naturligvis udgangseffekten. Dette er vigtigt for enhver og alle applikationer til kørsel af små elektronik, bærbar elektronik og trådløse sensorer."

Forskerne viste, at den opnåede effekt her er høj nok til direkte at drive en kommerciel 1,9 V LED. I modsætning til de fleste andre nanogeneratorer, den nye enhed kræver ikke en energilagringsenhed, en fordel, der kan gøre det muligt for selvdrevne systemer at fungere i en lang række miljøer.

Udover at drive en LED, nanogeneratoren kan også have biologiske anvendelser. Her, forskerne brugte nanogeneratoren til at stimulere en frøs iskiasnerve og få frøens gastrocnemius lægmuskel til at trække sig sammen. Tidligere, dette fænomen er blevet demonstreret ved hjælp af en stor nanogenerator med et areal på omkring 9 cm ² , hvorimod den nye nanogenerator med et areal på kun 0,95 cm ² kan udføre den samme nervestimulering og fremkalde muskelbevægelse under den lille påvirkning af et lille fingertryk.

I fremtiden, små højeffekts nanogeneratorer som denne kunne have applikationer til at reparere biologiske neurale netværk, i national sikkerhed, og i "Internet of Things." I dette sidste scenarie, alle fysiske objekter vil blive mærket (såsom med radiofrekvensidentifikation [RFID]), og virtuelt repræsenteret i et fremtidigt internet, hvor de kunne overvåges i realtid.

"Fremtidsplanen er løbende at hæve udgangseffekten, så vi kan imødekomme flere teknologiske behov, " sagde Wang.

Copyright 2013 Phys.org
Alle rettigheder forbeholdes. Dette materiale må ikke offentliggøres, udsende, omskrevet eller omdistribueret helt eller delvist uden udtrykkelig skriftlig tilladelse fra Phys.org.