(Phys.org)—Ta ett viktigt steg framåt för självdrivna system, forskare har byggt en nanogenerator med en ultrahög utspänning på 209 V, vilket är 3,6 gånger högre än det tidigare rekordet på 58 V. Nanogeneratorn, som har en yta på mindre än 1 cm ² , kan omedelbart driva en kommersiell LED och kan ha en mängd olika applikationer, som att tillhandahålla ett sätt att driva objekt i "Internet of Things".

Forskarna, leds av Yong Qin vid Lanzhou University i Lanzhou, Kina, och den kinesiska vetenskapsakademin i Peking; och Zhong Lin Wang från den kinesiska vetenskapsakademin och Georgia Institute of Technology i USA, har publicerat sin studie om den nya nanogeneratorn i ett färskt nummer av Nanobokstäver .

Nanogeneratorn består av en rad vertikalt inriktade 420 μm långa nanotrådar, med elektroder på toppen och botten av arrayen. Under den periodiska stöten av ett föremål som väger cirka ett halvt pund, eller helt enkelt ett fingertryck, nanogeneratorn utsätts för ett tryck som gör att nanotrådsuppsättningen deformeras. På grund av den piezoelektriska effekten, denna mekaniska kompression driver elektroner mot bottenelektroden, genererar en elektrisk ström. När det tunga föremålet tas bort, trycket släpps och elektronerna strömmar tillbaka genom kretsen. Genom att upprepa denna periodiska mekaniska deformation på nanogeneratorn, forskarna skulle kunna generera el.

Forskarna fann att mängden elektricitet som genereras av nanogeneratorn beror på slagkraften. Genom att släppa ett föremål med en vikt på 193 gram på nanogeneratorn från olika höjder från 5 till 13 mm, forskarna observerade att utsignalen är proportionell mot kvadratroten av fallhöjden.

I sina experiment, forskarna visade att en tillräckligt stor slagkraft som appliceras på nanogeneratorn kan generera en toppspänning på 209 V och en toppström på 53 μA, motsvarande en strömtäthet på 23,5 μA/cm ² , vilket är 2,9 gånger högre än den tidigare rekordutgångsströmtätheten på 8,13 μA/cm ² .

"En nanogenerators effekt beror på spänning och ström, eftersom uteffekten är produkten av spänningen och strömmen, " berättade Wang Phys.org . "Genom att höja utspänningen, vi höjde naturligtvis uteffekten. Detta är viktigt för alla applikationer för att köra liten elektronik, bärbar elektronik och trådlösa sensorer."

Forskarna visade att den effekt som uppnås här är tillräckligt hög för att direkt driva en kommersiell 1,9 V LED. Till skillnad från de flesta andra nanogeneratorer, den nya enheten kräver ingen energilagringsenhet, en fördel som kan göra det möjligt för självdrivna system att fungera i en mängd olika miljöer.

Förutom att driva en LED, nanogeneratorn kan också ha biologiska tillämpningar. Här, forskarna använde nanogeneratorn för att stimulera en grodas ischiasnerv och få grodans gastrocnemius vadmuskel att dra ihop sig. Tidigare, detta fenomen har visats med hjälp av en stor nanogenerator med en yta på cirka 9 cm ² , medan den nya nanogeneratorn med en yta på bara 0,95 cm ² kan utföra samma nervstimulering och inducera muskelrörelser under den lilla inverkan av ett litet fingertryck.

I framtiden, små högeffekts nanogeneratorer som den här kan ha tillämpningar för att reparera biologiska neurala nätverk, i nationell säkerhet, och i "Internet of Things". I detta sista scenario, alla fysiska objekt skulle vara taggade (som med radiofrekvensidentifiering [RFID]), och praktiskt taget representerade i ett framtida Internet, där de kunde övervakas i realtid.

"Framtidsplanen är att kontinuerligt höja uteffekten så att vi kan möta fler tekniska behov, " sa Wang.

Copyright 2013 Phys.org
Alla rättigheter förbehållna. Detta material får inte publiceras, utsända, omskrivs eller omdistribueras helt eller delvis utan uttryckligt skriftligt tillstånd från Phys.org.