Нанопьезогенераторы скоро пойдут в производство

В Технологическом институте Джорджии успешно завершилась пятилетняя программа по созданию электронных устройств с наноразмерными генераторами, преобразующими в электричество механическую энергию.

Новый генератор из массива нанопроводов может использовать энергию сжатия пальцев, биения сердца, шагов, сминания рубашки в процессе носки или вибрации тяжелых машин.

Новые генераторы не будут производить "промышленное" количество электроэнергии, но они могут использоваться для наномашин и микромасштабных устройств, а также для зарядки кардиостимуляторов или приборов типа плееров.

Наногенераторы черпают энергию от любого движения

Наногенератор основан на пьезоэлектрическом эффекте кристаллических материалов, таких как оксид цинка, в которых электрический потенциал создается в процессе сжатия или сгибания. Американские инженеры объединили заряды миллионов наноразмерных проводов оксида цинка и получили генератор, который выдает напряжение до 3 В и 300 наноампер.

"Мы максимально упростили дизайн и создали надежный массив нанопроводов, - рассказывает автор изобретения профессор Жонг Лин (Zhong Lin). - Мы успешно увеличили выход энергии и мощность наногенератора, их теперь достаточно для питания жидкокристаллических дисплеев, светодиодов или лазерных диодов. Если нам удастся сохранить эти характеристики при промышленном производстве, мы сможем применять наномасштабные пьезогенераторы в медицинских устройствах, персональной электронике или мониторинге окружающей среды".

Ранние модели пьезонаногенераторов из оксида цинка использовали массивы нанопроводов, выращенных на жесткой подложке с металлическим электродом. Более поздние версии представляли собой нанопровода, встроенные в полимер и выдавали энергию после простого изгибания. Но эти образцы требовали тщательного выращивания массивов нанопроводов и кропотливой сборки.

Ученые из Технологического института Джорджии создали гораздо более универсальный и простой в изготовлении прибор. Они вырастили массивы нанопроводов нового типа - конической формы. Затем нанопровода поместили в спирт и капали раствором на тонкий металлический электрод и полоску гибкой полимерной пленки. После испарения спирта наносился новый слой. Таким образом получается многослойный композит, пригодный для использования в качестве пьезогенератора. Куска композита 2 х 1,5 см достаточно для питания дисплея карманного калькулятора.

Жонг Лин считает, что этот процесс пригоден до промышленного производства.

По мнению разработчиков, в настоящее время наногенераторы близки к мощности, необходимой, например, для обеспечения автономной работы системы оповещения об опасной концентрации токсичных газов. Такая сигнальная система сможет длительное время накапливать энергию пьезонаногенераторов в конденсаторах и, в случае необходимости, обеспечивать мгновенную выдачу сигнала опасности. Объем производства наногенераторов пока слишком мал, чтобы говорить об оснащении ими кардиостимуляторов и бытовой электроники, однако это станет обычным делом уже в течение 3-5 лет - текущее поколение наногенераторов почти в 100 раз мощнее, чем образцы годичной давности.