Nanogeneraattorit kannettavien laitteiden lataamiseen

Useiden yliopistojen insinööriryhmä on kehittänyt jotain, joka auttaa tulevaisuudessa ratkaisemaan ongelman paristojen myöhässä purkautumisesta kannettavista elektronisista laitteista, kuten matkapuhelimista, älypuhelimista, tableteista ja muista. Gadgetit voidaan ladata kirjaimellisesti tien päällä, joten ei tarvitse muodostaa yhteyttä pistorasiaan sähköjohdolla.

Suoraan koteloon tai mobiililaitteeseen rakennetut nanopalvelimet keräävät ja muuntavat pinnan, kuten liikkuvan auton matkustajan istuimen, tärinän energian sähköksi ja lataavat mobiililaitteen, kuten älypuhelimen, akun.

Madisonin Wisconsinin yliopiston materiaalitieteen ja tekniikan apulaisprofessori Xudong Wang uskoo, että tämän idean kehittäminen johtaa itselatautuvan henkilökohtaisen elektroniikan luomiseen.

Xudong Wang, yhdessä hänen opiskelijansa Yanchao Maon ja avustajien kanssa Sun Yat-sen -yliopistosta Kiinassa ja Minnesotan yliopistosta Duluthissa, USA, kuvasi keksintöään - mesoporous pietsosähköinen nanogeneraattori, Advanced Energy Materials -lehden artikkelissa 27. tammikuuta 2014.

Nanogeneraattori käyttää periaatteessa pietsosähköistä polymeerimateriaalia, nimeltään PVDF (polyvinylidene fluoride). Pietsosähköiset materiaalit kykenevät luonnostaan ​​tuottamaan sähköä mekaanisella voimalla. Ne ovat myös mekaanisesti epämuodostuneita sähkökentän vaikutuksesta.

Tavallisen muodonmuutoksen tai sähkökentän toiminnan sijasta tutkijat lisäsivät sinkkioksidinanohiukkasia PVDF-ohutkalvoon, joka nyt antaa mahdollisuuden saada pietsosähköinen vaikutus jopa pienillä värähtelyillä, keräämään sitten sähköenergiaa.

Seuraavaksi nanohiukkaset etsattiin kalvosta, jolloin muodostui toisiinsa liittyviä huokosia - ”mesoporeja” - sienimäistä materiaalia. Se oli niin sieninen materiaali, joka oli avain värähtelevän energian muuntamiseen. Xudong Wang sanoo, että mitä pehmeämpi on materiaali, sitä herkempi se on pienille tärinäille.

Itse nanogeneraattori sisältää ohuet elektrodilevyt mesohuokoisen polymeerikalvon molemmin puolin, jotka voidaan kiinnittää mihin tahansa pintaan, olipa se sitten ihmisen sileä iho tai jokin muu epätasainen pinta.

Jos puhumme älypuhelimista, laitteen massa auttaa vahvistamaan tuotettua sähkövoimaa biasoinnin lisääntymisen vuoksi. Esimerkiksi henkilö yksinkertaisesti kävelee tai juoksee, ja tämän ansiosta älypuhelin ladataan tehokkaasti.

Tulevaisuudessa nanogeneraattoreista voi hyvinkin tulla erottamaton osa monia elektronisia laitteita, esimerkiksi takapaneelina tai laitekotelona, ​​toimittaakseen se suoraan ympäristön tärinöistä vastaanotetulle energialle.

Ryhmä uskoo, että valmistuksen yksinkertaisuus antaa mahdollisuuden skaalata tällaiset nanogeneraattorilaitokset suuriin kokoihin. Ja kyky mukauttaa kalvojen mekaanisia ominaisuuksia ja niiden suunnittelu mahdollistaa rakenteiden toteuttamisen sekä puhelimien virran tuottamiseksi että anturijärjestelmien itsenäiseksi virran saamiseksi.