Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Новый генератор электричества может оказаться незаменимым в имплантатах и других медицинских устройствах. (источник: Georgia Tech/Gary Meek)
Чжун Линь Ван и его наногенератор. (источник: Georgia Tech/Gary Meek)
Фиолетовый и тёмно-жёлтый цвет – подложка, синий – гибкие, упругие и герметичные стенки, зелёный – пилообразный электрод, серый – нанопроводки, красный – ультразвук и получаемый ток. (источник: gatech.edu)
Основные элементы наногенератора. B — выращенные на подложке нанопроводки, C – верхний электрод, D – разрез наногенератора в сборе. (источник: gatech.edu)

Кремниевый ветер шатает деревья в нанотехническом лесу

Ключевые слова:  MEMS, альтернативная энергия, периодика

Опубликовал(а):  Кушнир Сергей Евгеньевич

10 апреля 2007

Датчики, способные передавать из глубины организма параметры кровяного давления или иные данные, теперь могут быть столь малы, что для них оказываются слишком велики даже самые крошечные батарейки традиционного типа. К счастью, нанотехнологии позволили создать микроскопические генераторы, вырабатывающие ток на месте.


Очередное чудо нанотехнологий держит пинцетом профессор Чжун Линь Ван (Zhong Lin Wang) из технологического института Джорджии (Georgia Tech). Тонкая таблеточка, главная, рабочая часть, которой — это квадратик с поперечником в пару миллиметров, способна выдавать электричество, собирая вибрацию из окружающей среды. Пусть мощность устройства измеряется пиковаттами — для целей авторов аппаратика этого достаточно.


Масса разных электронных приборчиков (вроде медицинских датчиков внутри тела, или датчиков внутри сооружений) нуждается в чрезвычайно компактных почти вечных источниках питания. Где их взять? Наногенератор (Nanogenerator), который создал Линь Ван и его коллеги, может оказаться ответом. Если только преодолеет период "детских болезней".


В основе генератора — мириады нанопроводков из оксида цинка. Они являются одновременно и полупроводниками, и пьезоэлектриками. Так что если их слегка согнуть и отпустить — генерируют импульс тока.


Ранее Линь Ван создал "ковёр" (или "лес") из таких нанопроводков и показал, что при помощи наконечника атомного силового микроскопа можно индивидуально пригибать эти проводки, получая ток.


Заметим, в обычном макромасштабе принцип генерации тока пьезоэлектриками надежд инженеров как-то не оправдал. А в наноизделиях он может оказаться выгодным. Вот только атомный силовой микроскоп — сооружение весьма крупное и массивное. Так что назвать тот прежний "наноковрик" генератором можно было весьма условно.


Теперь же схема наногенератора обрела законченный вид. Его создатели придумали поместить поверх "леса" специальный зубчатый электрод из кремния, покрытого тонким слоем платины. На его поверхности выполнили огромное количество выступов, в промежутки между которыми попадают верхушки "нанодеревьев". Дальше – просто. Кремниевый электрод вибрирует, отклоняет верхушки нанопроводков в разные стороны (как ветер колеблет верхушки деревьев) и собирает с них электрический ток.


Фиолетовый и тёмно-жёлтый цвет – подложка, синий – гибкие, упругие и герметичные стенки, зелёный – пилообразный электрод, серый – нанопроводки, красный – ультразвук и получаемый ток (иллюстрация с сайта gatech.edu).


О замечательной работе такого своего сандвича его авторы отрапортовали в Science (этот же материал выложил (PDF-документ) и Georgia Tech), а также — в пресс-релизе института.


Устройство помещали в воду и подавали ультразвук. "Наноковёр" генерировал постоянный ток в 0,4-0,5 наноампера при напряжении примерно 0,5 милливольта.


В качестве подложки для выращивания нанопроводков группа Линь Ван применяла арсенид галлия, сапфир или даже гибкий полимер. Так что подобную нанобатарейку ещё можно сделать и гибкой. К тому же основной материал — оксид цинка — не токсичен, что важно для медицинского применения.


В будущем подобные генераторы могли бы собирать либо имеющуюся в теле энергию (кровяной поток, сокращения мускулов), либо улавливать ультразвуковые колебания, специально посылаемые извне. Таким способом, к примеру, небольшой механизм снаружи, на теле пациента, мог бы одновременно подзаряжать массу нанодатчиков, курсирующих внутри тела.


На этой оптимистичной ноте можно было бы и поставить точку. Но американские учёные честно говорят, что их устройство ещё нуждается в усовершенствовании.


Сейчас, как оценивает Линь Ван, в выработке тока участвуют от 250 до 1 тысячи нанопроводков, что составляет лишь 1% от общего их числа. Увы, учёные не научились ещё выращивать эти самые проводки строго одного размера (длиной в микрометр), да ещё и так, чтобы все они шли параллельно друг другу и равномерно размещались на подложке.


Достижение такого идеала могло бы многократно повысить выходную мощность устройства при тех же размерах. Пока же проводки, которые слишком коротки, просто не достают до верхнего электрода. Те же, что слишком длинны — не могут сгибаться и распрямляться должным образом, чтобы генерировать ток.


Также осталось решить одну важную загадку — почему наногенератор приходит в негодность после часа непрерывной работы? Точного ответа на этот вопрос у исследователей ещё нет. Но деваться некуда. Для устройств таких размеров удобных способов получения энергии можно вспомнить не так уж много.


В статье использованы материалы: Georgia Tech, MEMBRANA Люди. Идеи. Технологии., Science



Комментарии
Shvarev Alexey Y, 27 мая 2007 04:16 
Заявляемый предел мощности впечатляет: 10 микроватт на квадратный сантиметр при толщине 1 микрон. То есть 10 ватт на литр в идеале. Химический источник тока (скажем на глюкозе) по сравнению с ЭТИМ выглядит как атомная бомба.

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Сундук на дне морском
Сундук на дне морском

На XXI Менделеевском съезде награждены выдающиеся ученые-химики
11 сентября 2019 года в Санкт-Петербурге на XXI Менделеевском съезде по общей и прикладной химии объявлены победители премии выдающимся российским ученым в области химии. Премия учреждена Российским химическим обществом им. Д.И.Менделеева совместно с компанией Elsevier с целью продвижения и популяризации науки, поощрения выдающихся ученых в области химии и наук о материалах.

Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых
Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых. Об этом премьер-министр РФ Дмитрий Медведев сообщил, открывая встречу с нобелевскими лауреатами, руководителями химических обществ, представителями международных и российских научных организаций.

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Синтез “перламутровых” нанокомпозитов с помощью бактерий. Оптомагнитный нейрон.Устойчивость азотных нанотрубок. Электронные характеристики допированных фуллереновых димеров.

Люди, создающие новые материалы: от поколения X до поколения Z
Е.В.Сидорова
Самые диковинные экспонаты научной выставки, организованной в Москве в честь Международного года Периодической таблицы химических элементов в феврале 2019 г., можно было рассмотреть только "вооруженным глазом»: Таблица Д.И.Менделеева размером 5.0 × 8.7 мкм и нанопортрет первооткрывателя периодического закона великолепно демонстрировали возможности динамической АСМ-литографии на сканирующем зондовом микроскопе. Миниатюрные произведения представили юные участники творческих конкурсов XII Всероссийкой олимпиады по нанотехнологиям, когда-то задуманной академиком Ю.Д.Третьяковым — основателем факультета наук о материалах (ФНМ) Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова. О том, как подобное взаимодействие со школьниками и студентами помогает сохранить своеобразие факультета и почему невозможно воплощать идею междисциплинарного естественнонаучного образования, относясь к обучению как к конвейеру, редактору журнала «Природа» рассказал заместитель декана ФНМ член-корреспондент РАН Е.А.Гудилин.

Как наночастицы применяются в медицине?
А. Звягин
В чем преимущества наночастиц? Как они помогают ученым в борьбе с раком? Биоинженер Андрей Звягин о наночастицах в химиотерапии, имиджинговых системах и борьбе с раком кожи.

Медицинская керамика: какими будут имплантаты будущего?
В.С. Комлев, Д. Распутина
Почему керамические изделия применяются в хирургии? Какие технологии используются для создания имплантатов? Материаловед Владимир Комлев о том, почему керамика используется в медицине, как на ее основе создаются имплантаты и какие перспективы у биоинженерии

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.