در حالی که افزاره‌ها مدام در حال کوچک‌تر‌‌‌‌‌شدن هستند، چگونه می‌توانیم چشمه‌های کوچک برق برای آنها تهیه کنیم؟ محققانی از انجمن فناوری جورجیا با ساخت اولین نانوژنراتور تغذیه پیوسته که برق را از حرکت مکانیکی کسب می‌کند، جواب امیدوارکننده‌ای برای این سؤال دارند.
ساخت نانوژنراتور به‌عنوان چشمه‌های نانومقیاس برق
در حالی که افزاره‌ها مدام در حال کوچک‌تر‌‌‌‌‌شدن هستند، چگونه می‌توانیم چشمه‌های
کوچک برق برای آنها تهیه کنیم؟ محققانی از انجمن فناوری جورجیا با ساخت اولین
نانوژنراتور تغذیه پیوسته که برق را از حرکت مکانیکی کسب می‌کند، جواب امیدوارکننده‌ای
برای این سؤال دارند.
در ادامه گزارش سال گذشته که در آن نشان داده شده‌بود
که نانوسیم‌های ZnO با خم‌‌‌‌‌شدن به‌وسیله نیروی نوک میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM)
جریان الکتریکی تولید می‌کنند، ژونگ لین وانگ واژه نانوپیزوترونیک را برای نشان
دادن کاربردهایی که از خواص پیزوالکتریک و نیمه‌‌رسانایی موادی مثل ZnO بهره می‌برند،
استفاده کرد.
در کار اخیر، گروه وانگ توانست با خلق جنگلی از نانوسیم‌های یک‌میکرومتری از ZnO
روی بستر یاقوت یا GaAs با مساحت تقریبی دو میلی‌متر مربع، زوایای تازه‌ای از ایده‌استفاده
از نوک- AFM را نشان دهد. روش کار به این‌صورت است که یک الکترود زیگزاگی سلیکونی
با پوشش پلاتین، بر روی مجموعه نانوسیم‌ها قرار داده می شود. شکل زیگزاگی الکترود
مثل نوک AFM عمل کرده و باعث خم‌‌‌‌‌شدن نانولوله‌ها می‌شود. یک پلیمر نرم که‌دیواره‌های
جانبی مجموعه را می‌پوشاند، اجازه حرکت نسبی به‌الکترودهای بالا و پایین را نیز می‌دهد.
در حالی که مجموعه کاملاً آب‌بندی شده‌است، در معرض امواج مافوق صوت قرار می‌گیرد و
حرکت نسبی حاصل از آن، یک جریان ثابت نانوآمپری در ولتاژ تقریبی یک میلی‌ولت تولید
می‌کند.
وانگ چنین می‌گوید: «خلاقیت اصلی این تحقیق، طراحی الکترود زیگزاگی بالایی برای خلق،
جمع‌آوری و خروج بارهای الکتریکی کلیدی است. در حقیت استفاده از الکترود تخت هیچ
نوع جریانی تولید نخواهد کرد. طبیعت پیزوالکتریک ZnO نیز بسیار حیاتی است، مثلاً
اگر از نانولوله‌های کربنی به‌عنوان محیط فعال استفاده می‌کردیم هیچ جریانی تولید
نمی‌شد».
به گفته وانگ، این کار برای تولید انرژی با استفاده از فناوری‌نانو برای نانوسیستم‌های
خودتغذیه‌کننده، یک پیشرفت محسوب می‌شود و صنایع نسبت به‌این نوع فناوری علاقه
بسیار زیادی نشان خواهند داد. به‌خاطر غیرسمی بودن ZnO این نتایج در مورد سیستم‌‌های
زیستی به‌طور ویژه بسیار پرکاربرد خواهد بود و این فرایند می‌تواند برای بسترهای
انعطاف‌پذیر نیز به‌کار برده شود.
از آنجایی که قسمت اعظم نانوسیم‌ها در این مجموعه، در تولید جریان سهمی ندارند با
ارائه تدبیری برای استفاده از آنها می‌توان بهبود بسیار زیادی در عملکرد مجموعه
ایجاد کرد. علت ناکارایی عمده این نانوسیم‌ها را می‌توان در بسیار کوتاه بودن آنها
که باعث می‌شود نتوانند به‌الکترود بالایی برسند، و یا در بسیار بلند بودن آنها، که
باعث به‌دام افتادن و خم نشدن آنها می‌شود، جستجو کرد. وانگ عقیده دارد که در کنار
کنترل دقیق طول نانوسیم‌ها، با الگودهی بهتر الکترود بالایی و روش‌های بسته‌بندی
دقیق برای ثابت نگه‌داشتن فاصله بین الکترودها، می‌توان خواص خروجی نانوژنراتور را
تا دو مرتبه بهبود داد.
نتایج این تحقیق در مجله Science منتشر شده‌است.
