Innovatie

Nanogenerators: de slimste dingen die je nog nooit hebt gezien

Nanogenerators: de slimste dingen die je nog nooit hebt gezien


Ongelooflijke vooruitgang in nanotechnologie, inclusief biomedische en draagbare elektronica, vereist innovaties in geschikte energiebronnen. Nanogeneratortechnologie neemt toe om aan deze behoefte te voldoen.

Wat zijn Nanogenerators

Het woord nano middelen miljardste, dus een nanometer is een miljardste van een meter. Dit is de kleine wereld waarin nanogeneratoren werken, die alleen zichtbaar zijn door krachtige microscopen. Voor het opwekken van energie op deze schaal zijn gespecialiseerde methoden voor het oogsten van energie vereist. De drie typen nanogeneratoren die momenteel door onderzoekers over de hele wereld worden ontwikkeld, zijn piëzo-elektrisch, tribo-elektrisch en pyro-elektrisch. Dus hoe werken deze kleine wonderen?

Piëzo-elektrische nanogeneratoren

[Afbeeldingsbron: Wikimedia]

Piëzo-elektrische nanogeneratoren gebruiken het piëzo-elektrische effect om elektriciteit op te wekken. Van het Griekse woord piezein, betekenis druk opbeschrijft het piëzo-elektrische effect het creëren van een elektrisch veld als reactie op vervorming van de kristallijne structuur van het materiaal. Dit komt door de verandering in relatieve positie van gepolariseerde moleculen binnen de structuur. Vervorming kan optreden door het uitoefenen van directe druk of door trillingen.

Tribo-elektrische nanogeneratoren

[Afbeeldingsbron: Wikimedia]

Het tribo-elektrische effect regelt de werking van tribo-elektrische nanogeneratoren. Van een ander Grieks woord tribo, betekenis wrijvenis het tribo-elektrische effect het fenomeen waarbij elektronen door contact van het ene materiaal naar het andere worden overgebracht, waardoor een verschil in elektrisch potentieel tussen de twee oppervlakken ontstaat.

Pyro-elektrische nanogeneratoren

Zoals je zou verwachten, gebruiken pyro-elektrische nanogeneratoren - je raadt het al - het pyro-elektrische effect. Dit effect beschrijft het opwekken van een spanning via een warmteverschil. Spanningsopwekking vindt plaats binnen bepaalde materialen wanneer ze worden verwarmd, vanwege kleine positieveranderingen van gepolariseerde atomen in de structuur.

Anatomie van een nanogenerator

[Afbeeldingsbron: Wikimedia]

De selectie van materialen waaruit een nanogenerator bestaat, hangt af van de methode van energieverzameling. Een vooraanstaande groep onderzoekers in nanogeneratortechnologie werkt vanuit het Georgia Institute of Technology. Dit team, onder leiding van professor Zhong Lin Wang, concentreert zijn inspanningen op piëzo-elektrische nanogeneratoren, gebruikmakend van zinkoxide (ZnO) nanodraden.

Een ander onderzoeksteam heeft een andere benadering gekozen voor het opwekken van piëzo-elektriciteit op nanoschaal. Hun materiaal bij uitstek is loodzirkonaattitanaat (PZT). Dit materiaal is extreem bros, maar een problematische eigenschap voor een materiaal onder spanning. Het team heeft een unieke manier bedacht om dit te omzeilen door de PZT in nanoribbons te vormen en ze in een golfachtig patroon uit te zetten.

Toepassingen

Van sensoren tot draagbare elektronica, het aanbod aan beschikbare nanotechnologieën groeit elk jaar. Ongelooflijke innovaties in de biogeneeskunde van de afgelopen jaren doen denken aan onze sciencefictiondromen van de jaren tachtig. Implanteerbare medische apparaten hebben een constante, betrouwbare stroom nodig en invasieve chirurgie om batterijpakketten te vervangen is een niet perfecte oplossing. De automatische bewegingen van het lichaam, inclusief de hartslag en ademhaling, zouden de kinetische energie kunnen leveren die nodig is voor piëzo-elektrische nanogeneratoren. De kleinste bewegingen veroorzaken wrijving, met het potentieel om tribo-elektrische nanogeneratoren aan te drijven. Afvalwarmte-energie is overvloedig aanwezig in het menselijk lichaam en levert brandstof voor pyro-elektrische nanogeneratoren.

[Afbeeldingsbron: Wikimedia]

In 2012 was er een aantal enorme vorderingen in de vermogensdichtheid van nanogeneratoren en het groeiende aantal onderzoekers over de hele wereld vertoont geen tekenen van vertraging van deze vooruitgang. Van technologie die in je kleding is ingebed tot implantaten onder de huid, nanogeneratoren beloven de toekomst van nanotechnologie veel gebruiksvriendelijker te maken.

ZIE OOK: 3 futuristische toepassingen van koolstofnanobuisjes

Geschreven door Jody Binns


Bekijk de video: De slimste mens ter wereld: grappigste momenten 20 november 2017