Efter sex år av intensivt arbete, forskare rapporterar utvecklingen av den första kommersiellt gångbara nanogeneratorn, ett flexibelt chip som kan använda kroppsrörelser - en fingernypa nu på väg till ett pulsslag i framtiden - för att generera elektricitet. Talar här idag vid 241:a National Meeting &Exposition of the American Chemical Society, de beskrev att enhetens uteffekt ökade med tusentals gånger och dess spänning med 150 gånger för att slutligen flytta den ut ur labbet och mot vardagen.
"Denna utveckling representerar en milstolpe mot att producera bärbar elektronik som kan drivas av kroppsrörelser utan användning av batterier eller eluttag, "sa ledande forskaren Zhong Lin Wang, Ph.D. "Våra nanogeneratorer är redo att förändra liv i framtiden. Deras potential begränsas bara av ens fantasi."
De senaste förbättringarna har resulterat i en nanogenerator som är tillräckligt kraftfull för att driva kommersiella flytande kristallskärmar, ljusemitterande dioder och laserdioder. Genom att lagra de genererade laddningarna med en kondensator, uteffekten kan regelbundet driva en sensor och överföra signalen trådlöst.
"Om vi kan upprätthålla förbättringstakten, nanogeneratorn kan hitta ett brett utbud av andra applikationer som kräver mer kraft, "tillade han. Wang citerade, till exempel, personliga elektroniska enheter som drivs av fotsteg som aktiverar nanogeneratorer inuti en sko; implanterade insulinpumpar som drivs av ett hjärtslag; och miljösensorer som drivs av nanogeneratorer som flaxar i vinden.
Wang och kollegor visade kommersiell genomförbarhet av den senaste nanogeneratorn genom att använda den för att driva ett LED -ljus och en flytande kristallskärm som den som används ofta i många elektroniska enheter, som miniräknare och datorer. Kraften kom från att klämma nanogeneratorn mellan två fingrar.
Nyckeln till tekniken är zanoxid (ZnO) nanotrådar. ZnO nanotrådar är piezoelektriska - de kan generera en elektrisk ström när de ansträngs eller böjs. Den rörelsen kan vara i stort sett vilken kroppsrörelse som helst, som att gå, ett hjärtslag, eller blod som rinner genom kroppen. Nanotrådarna kan också generera el som svar på vind, rullande däck, eller många andra typer av rörelser.
Diametern på en ZnO -nanotråd är så liten att 500 av trådarna kan passa inuti bredden på ett enda människohår. Wangs grupp hittade ett sätt att fånga upp och kombinera elektriska laddningar från miljontals nanoskala zinkoxidtrådar. De utvecklade också ett effektivt sätt att deponera nanotrådarna på flexibla polymerchips, var och en ungefär en fjärdedel lika stor som ett frimärke. Fem nanogeneratorer staplade tillsammans ger cirka 1 mikro ampere utström vid 3 volt - ungefär samma spänning som genereras av två vanliga AA -batterier (cirka 1,5 volt vardera).
"Även om några volt kanske inte verkar så mycket, den har vuxit med stormsteg jämfört med tidigare versioner av nanogeneratorn, "sa Wang, en forskare vid Georgia Institute of Technology. "Ytterligare nanotrådar och fler nanogeneratorer, staplade ihop, kan producera tillräckligt med energi för att driva större elektronik, till exempel en iPod eller att ladda en mobiltelefon."
Wang sa att nästa steg är att ytterligare förbättra nanogeneratorns uteffekt och hitta ett företag för att producera nanogeneratorn. Det kan komma ut på marknaden om tre till fem år, uppskattade han. Enhetens första applikation kommer sannolikt att vara en strömkälla för små miljösensorer och sensorer för infrastrukturövervakning.