توان دادن به الکترونیک قابل‌حمل با نانوژنراتورها

محققان در موسسه‌ی فناوری استیون با ساخت نانوژنراتورهای جالبی روی کوچک‌سازی فناوری‌های جمع‌آوری انرژی که می‌توانند به‌طور بالقوه به الکترونیک بی‌سیم، افزاره‌های قابل‌حمل، الکترونیک انعطاف‌پذیر و حسگرهای زیستی قابل‌کاشت توان دهند؛ تمرکز کرده‌اند.

دکتر یانگ شی در موسسه‌ی فناوری استیون با
ساخت نانوژنراتورهای جالبی روی کوچک‌سازی فناوری‌های جمع‌آوری انرژی که می‌توانند
به‌طور بالقوه به الکترونیک بی‌سیم، افزاره‌های قابل‌حمل، الکترونیک انعطاف‌پذیر
و حسگرهای زیستی قابل‌کاشت توان دهند؛ تمرکز کرده است.

، افزاره‌های قابل‌حمل، الکترونیک انعطاف‌پذیر و حسگرهای زیستی قابل‌کاشت
توان دهند؛ تمرکز کرده است.

این نانوژنراتورها مبتنی بر نانوالیاف و نانوسیم‌های پیزوالکتریک هستند و
می‌توانند با تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی به چنین افزاره‌هایی
توان دهند.

در چند سال اخیر خواص پیزوالکتریکی نانوسیم‌ها، نانوالیاف و نانومیله‌هایی
از اکسید روی، تیتانات زیرکونات سرب (PZT)، سولفید کادمیوم، تیتانات باریوم
و نیترید گالیوم به‌طور موفقیت‌آمیزی شرح داده شده است. این نانوساختارهای
پیزوالکتریک یک بعدی انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کنند.
اگرچه، ثابت ولتاژ پیزوالکتریک این نانومواد، ولتاژ و توان خروجی این
نانوژنراتورها برای کاربردهای عملی هنوز نیاز به اصلاح دارند. به‌علاوه،
روش ساخت این نانومواد پیزوالکتریک نیمه‌رسانا نقایصی دارد که ممکن است
عملکرد نانوژنراتور را تحت تاثیر قرار دهد.

 

 
 شمایی از این نانوژنراتور مبتنی بر نانوالیاف تیتانات زیرکونات سرب.
 
اکنون دکتر شی برای غلبه بر بعضی از نقایص
افزاره‌های موجود و شرح امکان جمع‌آوری انرژی با استفاده از نانومواد
تیتانات زیرکونات سرب، یک نانوژنراتور بسیار کارآمدِ مبتنی بر نانوالیاف
تیتانات زیرکونات سرب ساخته است. این نانوالیاف، با قطر و طولی به ترتیب در
حدود ۶۰ نانومتر و ۵۰۰ میکرومتر، روی الکترودهای بهم‌متصل‌شده‌ای از سیم‌های
ریز پلاتین همراستا می‌شوند و با استفاده از یک پلیمر نرم روی یک بستر
سیلیکونی مجتمع می‌شوند. ولتاژ و توان خروجی اندازه‌گیری شده‌ی این
نانوژنراتورها تحت اعمال فشار متناوب به این پلیمر نرم به ترتیب ۱/۶۳ ولت و
۰/۰۰۳ میکرووات بودند.

این تحول شگف‌انگیز در زمینه‌ی نانوالیاف پیزوالکتریک توان بالقوه‌ی
باورنکردنی در توسعه‌ی فناوری های جدید برای بسیاری از علوم و صنایع مهندسی
دارد.

دکتر آریژ ریتر، مدیر مهندسی زیست‌پزشکی در استیون، می‌گوید: یکی از
محدودیت‌های اصلی افزاره‌های زیست‌پزشکی قابل‌کاشت فعال کنونی این است که
آنها با باتری کار می‌کنند. این بدین معنی است که یا باید شارژ مجدد شوند
یا به طور دوره‌ای تعویض شوند. گروه دکتر شی فناوری جدیدی شرح داده است که
این امکان را برای افزاره‌های قابل‌کاشت فراهم می‌کند که مقداری از انرژی
مکانیکی در جریان خون یا دیگر حرکات درونی بدن را بازیافت کرده و برای توان
دادن به افزاره‌های زیست‌پزشکی هوشمند، به انرژی الکتریکی تبدیل کنند.

این محققان نتایج خود را در مجله‌ی Nano Letters منتشر کرده‌اند.