Нановолокна позволят сделать генератор для наноустройств
 Схематичное изображение наногенератора, построенного на базе нановолокон учеными из США. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Группа ученых из Stevens Institute of Technology и Princeton University (США) предложила конструкцию наногенератора из нановолокон титанита-цирконата свинца (также именуемого lead zirconate titanate, PZT). Данный материал обладает ярко выраженными пьезоэлектрическими свойствами, а также большими значениями диэлектрической постоянной – это, фактически, идеальные условия для преобразования механической энергии в электричество. При этом в отличие от тонких пленок и микроволокон, применявшихся ранее для формирования аналогичных конструкций, нановолокна титанита-цирконата свинца обладают достаточной гибкостью и механической прочностью.
Для создания наногенератора, группа ученых внедрила волокна титанита-цирконата свинца внутрь мягкой матрицы из полимера (polydimethylsiloxane, PDMS) поверх созданных ранее электродов из кремния. Нановолокна имели диаметр порядка 60 нм. Более детально конструкция устройства описана в работе, опубликованной в журнале Nano Letters.
Когда на устройство оказывается механическое давление, через полимерную матрицу оно передается нановолокнам. В результате комбинирования деформаций растяжения и изгиба в нановолокнах возникает электрический заряд, передающийся двум смежным кремниевым электродам. Измерения показывают, что в расчете на объем наноустройства, данный генератор гораздо эффективнее трансформирует энергию, нежели аналогичные конструкции на базе полупроводниковых пьезоэлектрических материалов. В теории максимальная эффективность преобразования механической энергии напрямую зависит от свойств активного материала. В этом смысле предложенный наногенератор находится в весьма выгодном положении по сравнению с существовавшими на сегодняшний день устройствами.
Ученые также обнаружили, что генерируемые напряжение и ток можно варьировать, изменяя расстояние между кремниевыми электродами.
По словам ученых, итоговое устройство может быть сформировано как на кремниевом основании, так и на любой гибкой подложке (если есть такая необходимость). Исследователи считают наиболее перспективным применение разработанного генератора именно в биологических областях. Ведь на сегодняшний день одно из основных ограничений развития биотехники заключается в том, что любые активные имплантанты питаются при помощи батареи, которые должны подзаряжаться или периодически заменяться. А в случае предложенного наногенератора, нужную энергию вполне можно было бы получать от естественных движений в организме человека, например, от кровотока. Эта же технология могла бы обеспечить питанием исследовательских нанороботов, путешествующих по кровеносной системе, о которых уже десятки лет мечтают все научные фантасты.
Если говорить о других «бытовых» применениях, то подобные генераторы также можно размещать в одежде и обуви для того, чтобы аккумулировать энергию движения для зарядки портативных электронных устройств.
Также по теме:
- Массивы нанопроводов – будущая начинка полевых транзисторов
- Нанопровода можно выращивать прямо до нужных точек на чипах
Источники: