新しいナノ発電機

水中の病原体を監視し、体内の血圧や癌のバイオマーカーを測定するワイヤレスバイオセンサーは、ナノメートルの寸法に縮小しています。それらを操作するために、研究者は同様に小さい電源を探しています。機械的エネルギーを電気に変換するナノワイヤーは有望な技術です。





パワーライン： 簡単な実験室のセットアップを使用して、研究者はチタン酸バリウムナノワイヤーが機械的エネルギーを電気に変換できることを示しました。進歩は、小さな生物学的センサー、ナノデバイス、およびポータブル電子デバイスに電力を供給するナノ発電機につながる可能性があります。

現在、イリノイ大学アーバナシャンペーン校（UIUC）の研究者は、チタン酸バリウムからナノ発電機を構築するための第一歩を踏み出しました。これまでのところ、ナノ発電機を作るための努力は、酸化亜鉛ナノワイヤーに焦点を合わせてきました。しかし、チタン酸バリウムはより強力な圧電効果を示すため、より優れた発電機につながる可能性があると、機械科学および工学の教授は述べています ミンフェンユ 、UIUCで研究をリードしている。実験室での実験によると、チタン酸バリウムナノワイヤーは、同じ量の機械的振動から酸化亜鉛ナノワイヤーの16倍の電力を生成できることが示されています。

ナノ発電機は、血流や筋肉の収縮を動力源とする生物医学センサー、風や音波で作動する小さなガスセンサー、水流を動力源とする病原体モニター、靴のナノワイヤーに接続された携帯型電子機器など、多くの進歩につながる可能性があります。ナノ発電機のアイデアはますます説得力のあるものになっている、と言います Yi Cui 、スタンフォード大学の材料科学および工学教授。それはうまくいくかもしれないアイデアです。



2006年、 中林王 ジョージア工科大学の研究者は、酸化亜鉛ナノワイヤーが機械的エネルギーを集めて電気を生成できることを最初に示しました。王のグループはそれ以来多くの進歩を遂げており、最近では超音波振動に応答して直流を出力する酸化亜鉛ナノワイヤーアレイを実証しています。 （振動を燃料とするナノ発電機を参照してください。）

UIUCチームは、チタン酸バリウムを最初に使用しました。オンラインで ナノレター 論文 、Yuと彼の同僚は、単一のチタン酸バリウムナノワイヤーに振動を加えると、エネルギー出力が小さくなることを示しています。彼らの実験では、研究者たちは、基板上のギャップを越えてナノワイヤを橋渡しし、一方の端を静止させ、もう一方の端を動かします。出力エネルギーは非常に小さく、約0.3アトジュールですが、同じ設定の場合、酸化亜鉛ナノワイヤーのエネルギー出力は16分の1になりますとYu氏は言います。

Xudong Wang 、Zhong Lin Wang（関係なし）グループの研究者であり、2007年のTR35受賞者は、酸化亜鉛以外の材料を使用してナノ発電機を製造する上での進歩を喜んで見ています。彼は、結果は有望に見えると言います。チタン酸バリウムを使用する最大の利点は、酸化亜鉛よりも高い電圧を生成できることだと彼は感じています。これは電源にとって非常に重要です。



しかし、酸化亜鉛には独自の利点があります。生体系に対して無毒であるため、埋め込み型デバイスにはチタン酸バリウムよりも適している可能性があります。また、ナノワイヤアレイを製造するために酸化亜鉛の成長を制御する方が簡単です。適切なデバイスを作成するには、同じ場所に同じ向きのナノワイヤを多数用意する必要があります、とXudongWang氏は言います。チタン酸バリウムではそれを達成するのは難しいかもしれません。

Yuは、チタン酸バリウムナノワイヤーの成長の難しさを認めています。彼と彼の同僚の仕事はこの時点で予備的なものですが、それはすでにより効率的で高出力のナノ発電機を作る可能性を示しています。崔氏は、チタン酸バリウムナノ発電機は実現可能かもしれないと述べていますが、実用的な装置を作るという点では、まだ道のりはあると警告しています。

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