Ładowanie przez pocieranie

[KopalniaWiedzy.pl 357]

Naukowcy z Georgia Institute of Technology stworzyli miniaturowe generatory, które tworzą energię elektryczną wykorzystując ruch. Generatory można będzie wszyć w ubranie, dzięki czemu na spacerze skorzystamy z przenośnych urządzeń dla których sami wyprodukujemy energię.

W piśmie Nature uczeni opisali, w jaki sposób tekstylne włókna pokryte nanowłóknami z tlenku cynku mogą wytwarzać energię elektryczną dzięki zjawisku piezoelektrycznemu.

Nanogenerator bazujący na włóknach może być prostym i ekonomicznym sposobem wytwarzania energii z ruchu fizycznego – mówi profesor Zhong Lin Wang z GaTech. Jeśli wykorzystamy wiele takich włókien do stworzenia warstw wewnątrz ubrania, uzyskamy elastyczne, giętkie i ubieralne źródło energii, które może zostać wykorzystane do jej tworzenia podczas spaceru – dodaje.

Generator korzysta z faktu, że nanostruktury z tlenku cynku produkują niewielkie wyładowania gdy są zginane. Urządzenie o powierzchni 6 milimetrów kwadratowych potrafi wyprodukować prąd o natężeniu 800 nanoamperów i napięciu 20 miliwoltów. Teoretycznie z metra kwadratowego można by uzyskać 80 miliwatów mocy.

Tworzenie generatorów rozpoczyna się od pokrycia kewlaru tlenkiem cynku za pomocą techniki napylania magnetronowego. Tworzą się w ten sposób nanowłókna, a całość jest zanurzana na około 12 godzin w specjalnym roztworze. W temperaturze 80 stopni Celsjusza następuje wzrost cynkowych nanowókien. Osiągają one długość około 3,5 mikrona, a odległości pomiędzy nimi wynoszą kilkaset nanometrów.

Cynkowe nanowłókna są przymocowane za pomocą tetraetoksysilanu (TEOS), którym na początku całego procesu produkcyjnego pokrywa się kewlar. Później, po zakończeniu wzrostu włókien dodawana jest kolejna warstwa TEOS. Ma ona zapobiegać odrywaniu się nanowłókien gdy będą o siebie pocierały.

Na koniec część kewlarowych powłok z nanowłóknami powlekanych jest złotem. Powłoki łączone są w pary – ze złotem i bez złota – tak, by stykały się ze sobą i tylko ze sobą. Złoto wraz z tlenkiem cynku tworzą barierę Shottky’ego, dzięki czemu taka struktura zastąpiła platynową elektrodę użytą w pierwotnym projekcie.

Naukowcy planują teraz połączenie wielu opisanych powyżej par, by zwiększyć natężenie i napięcie całego układu. Chcą też poprawić przewodnictwo samych włókien.

Przed akademikami jest jeszcze pokonanie jednej poważnej bariery. Tlenek cynku jest wrażliwy na wilgoć, więc w chwili obecnej nie można by prać ubrań z wszytym generatorem. Uczeni zastanawiają się, jak chronić nanowłóka przed zgubnym działaniem pralki.