(Phys.org) – Forskare har skapat en självdriven elektronisk klocka som hämtar energi från bärarens handledsrörelser för kontinuerlig drift. Genom att kombinera två olika energiomvandlingsmekanismer (elektromagnetiska och triboelektriska) i en enda hybrid nanogenerator, enheten kan skörda betydligt mer energi än tidigare skördare som bara använder en enda mekanism.

Forskarna, ledd av Ya Yang vid Beijing Institute of Nanoenergy and Nanosystems i Kina, och Zhong Lin Wang vid Georgia Institute of Technology i USA, har publicerat ett papper om hybrid nanogeneratorn i ett färskt nummer av ACS Nano .

"Den här typen av nanogenerator kan också användas för att driva andra bärbara elektroniska enheter, t.ex. en trådlös smart stegräknare för att läsa data om gångsteg, distans, och energiförbrukning, " berättade Yang Phys.org .

Hybrid nanogeneratorn består av en liten låda (3,6 cm x 3,6 cm x 3 cm) med en magnetisk boll inuti. När bäraren rör på handleden, bollens rörelse genererar elektricitet genom både elektromagnetiska och triboelektriska effekter. På grund av den elektromagnetiska effekten, när bollen kolliderar med sex metallspolar på sidorna av lådan, bollens mekaniska energi omvandlas till elektricitet.

Den triboelektriska effekten uppstår när två material gnuggas ihop, liknande hur man gnuggar en ballong på en persons hår skapar statisk elektricitet. Här, klockremmen fungerar som den triboelektriska komponenten. Remmen är gjord av två material med olika triboelektriska polariteter, nylon och en polymerkomposit, som är fästa i botten av lådan och på två elektroder. När den rörliga magnetiska bollen trycker ner på klockremmen, nylon och polymer kommer i kontakt med varandra, genererar triboelektriska laddningar och får elektroner att flöda mellan elektroderna.

Forskarna experimenterade med hur olika handledsrörelser kan ladda och driva klockan. De fann att den bästa handledsrörelsen är en vridningsrörelse som kan generera en ström på upp till 12 mA, vilket innebär att 39 sekunder av denna vridande rörelse kan driva klockan kontinuerligt i cirka 7,5 minuter. Genom att lägga till ett hemmagjort Li-ion-batteri för att lagra energin som produceras av den hybridiserade nanogeneratorn, forskarna fann att 32 minuter av vridningsrörelsen kan generera tillräckligt med energi för att kontinuerligt driva klockan i mer än 3,5 timmar. Baserat på dessa uppgifter, forskarna beräknade att 3,6 timmars handledsrörelse kan generera tillräckligt med energi för att driva klockan för en dags kontinuerlig drift.

Eftersom den nuvarande prototypen är ganska stor i storlek, forskarna försökte minska dimensionerna genom att ersätta den magnetiska kulan med en tunn magnetisk skiva. Dock, de fann att det magnetiska arket inte rör sig lika lätt som bollen, och så i framtiden planerar de att undersöka andra metoder för att miniatyrisera nanogeneratorn. De hoppas också kunna eliminera behovet av batteriet.

"Framtidsplanen är att lösa problemet med strömkällan för den bärbara elektroniska enheten, så att dessa enheter kan fungera hållbart utan att laddas av den externa strömkällan, " sa Yang. "Helst, rörelsen av människa-kroppsinducerad energi kommer att räcka för att driva dessa enheter."

© 2015 Phys.org