211service.com
Žiurkėno galios panaudojimas nanogeneratoriumi
Saulės šviesa, vėjas ir bangos nėra vieninteliai atsinaujinančios energijos šaltiniai. Tyrėjai, kurie tikisi aprūpinti nanoskalės įrenginius, taip pat turi raumenų galią.
Raumenų galia: Šis žiurkėnas dėvi striukę, pritvirtintą prie nanogeneratoriaus, kuris surenka biomechaninę energiją, kai važiuoja treniruokliu.
Kiekvienas širdies plakimas ir kiekvienas judrus judesys, kurį žmogus atlieka sėdėdamas prie kompiuterio, neša nedidelį kiekį energijos, kurią galima išnaudoti. Tačiau šios biojudesio surinkimas yra sudėtingas, nes daugelis jo yra netaisyklingi. Dabar pirmą kartą mokslininkai įrodė, kad nanogeneratorių gali varyti nereguliarus, mažai energijos sunaudojantis biojudesys, įskaitant žmogaus piršto bakstelėjimą ir žiurkėno netvarkingą bėgiojimą ir įbrėžimą.
Tyrėjų nanogeneratorius panaudoja pjezoelektrinį efektą – tai, kaip kai kurios kristalinės medžiagos sukuria elektrinį potencialą, kai patiria mechaninį įtempimą. Komanda, vadovaujama Zhong Lin Wang , Georgia Tech medžiagų mokslo ir inžinerijos profesorius, nuo 2005 m. gamina generatorius naudojant pjezoelektrinius nanolaidelius. Naujausias nanogeneratorius susideda iš cinko oksido nanolaidelių, sumontuotų ant lankstaus plastikinio paviršiaus. Laidai metaliniais elektrodais sujungti vienas su kitu ir su išorine elektros grandine. Kai plastikas lenkiasi, laidai taip pat lenkiasi, ir šis judesys sukuria laidų elektrinį potencialą, kuris nukreipia srovę per išorinę grandinę.
Straipsnyje, paskelbtame internete šią savaitę žurnale Nano raidės , Wang grupė aprašo nanogeneratoriaus naudojimą įvairių rūšių biomechaninei energijai surinkti. Tyrėjai pritvirtino nanogeneratorių prie žmogaus rodomojo piršto ir užfiksavo galią, kai jis bakstelėjo į paviršių. Jie taip pat surinko energiją iš žiurkėno, vilkinčio nedidelę striukę, pritvirtintą prie prietaiso, kai graužikas bėgiojo ant treniruoklio ir subraižė save.
Kiti mokslininkai sukūrė pjezoelektrines konsoles, kurios taip pat gali surinkti biomechaninę energiją, tačiau šios sistemos priklauso nuo reguliaraus mechaninio rezonanso tam tikru dažniu. Dauguma biojudesių – raumenų tempimas, rankų siūbavimas, ėjimas, net širdies plakimas – gamina netaisyklingesnę mechaninę energiją. Wangas sako, kad jo grupė sukūrė pirmąjį generatorių, kuris tikrai gali surinkti mažus, netaisyklingus judesius.
Įrenginio generuojama energija šiuo metu yra nedidelė (apie nanovatą), tačiau Wang teigia, kad tai vis dar yra svarbus žingsnis kuriant naudingus energijos šaltinius nanoskalės įrenginiams. Ypatingai jautriems nanoskalės jutikliams reikia labai mažai galios – maždaug mikrovatų – norint aptikti patogenus ar vėžio baltymus. Tačiau dalis to, kas stabdo jų plėtrą, yra esamų maitinimo šaltinių dydis ir tarnavimo laikas. Implantuojamiems nanosensoriams reikia tiek nanodydžio, tiek ilgalaikio maitinimo šaltinio, todėl jo nereikia chirurginiu būdu pašalinti ir pakeisti.
Wang grupė dar nepadarė implantuojamos nanogeneratoriaus versijos, tačiau Wang teigia, kad teoriškai tai turėtų būti įmanoma. Pavyzdžiui, nanogeneratoriai gali būti aptraukti biologiškai suderinamuose polimeruose ir implantuoti į raumenų audinį.
Tyrėjai stengiasi padidinti įrenginio galią pridedant daugiau pjezoelektrinių laidų, išdėstytų nuosekliai. Be nanoskalės įrenginių maitinimo, pjezoelektriniai generatoriai galbūt galėtų būti sujungti su didesniais įrenginiais. Per ateinančius penkerius ar dešimt metų Wang tikisi žymiai padidinti generatoriaus galią, kad jį būtų galima įausti į žmogaus dydžio striukės audinį ir surinkti pakankamai energijos nešiojamų elektroninių prietaisų baterijoms įkrauti.