Vibrationsenergi hemmeligheden bag selvdrevet elektronik

(Phys.org)-Et multi-universitetsteam af ingeniører har udviklet, hvad der kunne være en lovende løsning til opladning af smartphone-batterier på farten-uden behov for en elektrisk ledning.

Indbygget direkte i et mobiltelefonhus, teamets nanogenerator kunne høste og konvertere vibrationsenergi fra en overflade, f.eks. passagersædet i et køretøj i bevægelse, strøm til telefonen. "Vi mener, at denne udvikling kan være en ny løsning til at skabe selvopladet personlig elektronik, "siger Xudong Wang, en adjunkt i materialevidenskab og teknik ved University of Wisconsin-Madison.

Wang, hans ph.d. studerende Yanchao Mao og samarbejdspartnere fra Sun Yat-sen University i Kina, og University of Minnesota Duluth beskrev deres enhed, en mesoporøs piezoelektrisk nanogenerator, i januar 27, 2014, nummer af tidsskriftet Avancerede energimaterialer .

Nanogeneratoren drager fordel af et almindeligt piezoelektrisk polymermateriale kaldet polyvinylidenfluorid, eller PVDF. Piezoelektriske materialer kan generere elektricitet fra en mekanisk kraft; omvendt, de kan også generere en mekanisk belastning fra et anvendt elektrisk felt.

I stedet for at stole på en belastning eller et elektrisk felt, forskerne indarbejdede zinkoxid -nanopartikler i en PVDF tynd film for at udløse dannelse af den piezoelektriske fase, der gør det muligt at høste vibrationsenergi. Derefter, de ætsede nanopartiklerne af filmen; de resulterende indbyrdes forbundne porer - kaldet "mesoporer" på grund af deres størrelse - får det ellers stive materiale til at opføre sig lidt som en svamp.

Det svampeagtige materiale er nøglen til at høste vibrationsenergi. "Jo blødere materiale, jo mere følsom det er for små vibrationer, "siger Wang.

Selve nanogeneratoren indeholder tynde elektrodeplader på forsiden og bagsiden af ​​den mesoporøse polymerfilm, og forskerne kan vedhæfte denne bløde, fleksibel film sømløst til flad, ru eller kurvede overflader, herunder menneskelig hud. I tilfælde af en mobiltelefon, den bruger telefonens egen vægt til at øge dens forskydning og forstærke dens elektriske output.

Nanogeneratoren kan blive en integreret del af en elektronisk enhed - f.eks. som bagpanel eller hus - og høst automatisk energi fra omgivende vibrationer for at drive enheden direkte.

Wang siger, at enkelheden i hans teams design og fremstillingsproces kan skalere godt til større produktionsindstillinger. "Vi kan skabe afstembare mekaniske egenskaber i filmen, "siger han." Og også vigtigt er enhedens design. Fordi vi kan realisere denne struktur, telefondrevne etuier eller selvdrevne sensorsystemer kan blive mulige. "