[Научно-популярное, Энергия и элементы питания, Нанотехнологии, Физика] Наногенераторы: путь к автономности электронных устройств
Автор
Сообщение
news_bot ®
Стаж: 6 лет 4 месяца
Сообщений: 27286
Что это такое?При запросе «наногенератор купить» гугл выдаёт интернет-магазин принадлежностей для аквариумов. «наногенератор», который они продают — это обычный генератор волн. Видимо, для привлечения клиентов, маркетологи выбрали приставку «нано», которая сегодня стала синонимом технического прогресса. В наногенераторах, речь о которых пойдет в этой статье, приставка «нано» отражает размеры рабочего тела, за счет которого вырабатывается электричество. Наногенератор — это устройство, которое преобразуют механическую или тепловую энергию, производимую в результате маломасштабных физических изменений в среде(например, колебаний), в электрическую. В зависимости от того, каким образом преобразуется энергия, принято выделять три класса наногенераторов: пьезоэлектрический и трибоэлектрический преобразуют механическую энергию в электричество, а пироэлектрический тепловую.Пьезоэлектрический наногенераторПьезоэлектрические наногенераторы основаны на (невероятно, но факт) пьезоэлектрическом эффекте. Пьезоэлектрический эффект — это явление, при котором деформация тела приводит к появления электрического заряда на его поверхности. В них используются так называемые нанопроволоки - проволоки с диаметром порядка нанометра. В результате деформации этих проволок на их поверхности образуется электрический заряд: в той части, которая сжата отрицательный заряд, а на растянутой - положительный. 
Схема работы пьезоэлектрического наногенератора на примере одной нанопроволоки МатериалРазмерыВыходное напряжениеВыходная мощностьИзготовлениеZnO (оксид цинка)D: ~100 нм, L: 200~500 нм VP=~9 мВ~0.5 пВтCVDGaND: 25~70 нм, L: 10~20 мкмVavg=~20 мВ~ 0,8 пВтCVDPVDFD: 0.5~6.5 мкм, L: 0.1~0.6 ммV=5~30 мВ2.5 пВт~90 пВтЭлектроспиннингПро CVD и Электроспиннинг: CVD или химическое охлаждение из газовой фазы — это процесс получения высокочистых материалов. Зачастую данный метод используется для создания полупроводников малых размеров(от нанометров до микрон).Электроспиннинг — способ получения полимерных волокон в результате действия электростатических сил на электрически заряженную струю полимерного раствора или расплава. Метод электроформования позволяет получать полимерные волокна диаметром порядка нескольких сотен нанометров.Из недавних разработок можно выделить IENG. IENG может выдавать максимальный пиковый ток короткого замыкания 320 мкА и соответствующую плотность тока 290 мкА/см^2, что превосходит предыдущие разработки пьезоэлектрических наногенераторов почти в два раза. Подробнее об это можно почитать здесь.Пироэлектрический наногенератор В таких наногенераторах используется два физических явления — это возникновение в кристаллических диэлектриках поляризации при изменении температуры(свойство пироэлектриков) и эффект Зеебека. Эффект Зеебека - это появления ЭДС в на концах последовательно соединенных разнородных проводников, контакты которых имеют разную температуру. Обратный эффект называется эффект ПельтьеПро пьезоэлектрический эффект при нагревеКак мы знаем, при изменении температуры тела деформируются. В том числе и рабочее тело пироэлектрического наногенератора. Поэтому все пироэлектрики являются пьезоэлектриками, но не наоборот.
Янтарь — классический пример пироэлектрика Обычно для получения электричества в пироэлектрических наногенераторах используется эффект Зеебека, но в среде, где температура однородна, например, на открытом воздухе, необходимо использовать свойства пироэлектриков. Отсюда и вытекает одна из особенностей пироэлектрических наногенераторов — узконаправленность: где хорошо работает один тип, там работает плохо другой, и наоборот. 
Схема работы пироэлектрика: Ag — серебро, ITO - Оксид индия-олова. Углы на схеме обозначают градусы, в рамках которых будет колебаться диполь под действием температуры. В целом, пироэлектрические наногенераторы характеризуются высоким напряжением, но невысокой силой тока. Первый пироэлектрический наногенератор был представлен профессором Чжун Линь Вангом из Технологического института Джорджии в 2012 году. Такие генераторы можно широко использовать не только как источники электричества, но и как датчики изменения температур.Трибоэлектрические наногенераторы и китайский WT-TENGНаверняка все в детстве натирали расчетку или воздушный шарик о волосы и представляли себя волшебником, поднимая кусочки бумаги в воздух. Данное волшебство объясняется трибоэлектрическим эффектом. Трибоэлектрический эффект — это явление возникновения электрического заряда в результате трения. Основной недостаток таких генераторов - это необходимость держать поверхности в контакте, что является сложной задачей. К тому же само трение ведет к разрушению поверхностей. Совсем недавно, 11 марта исследователи из Китайского университета Гонконга (CUHK) сообщили о своей разработке наногенератора, основанного на трение твердой поверхности и воды — WT-TENG.
пример работы 150 светодиодов от WT-TENG Размер полученного генератора сравним со средним пальцем. Со слов исследователей, характеристики у WT-TENG следующие: 9 микрокулонов на м^3 с частотой 0.25 Гц. Ознакомиться с исследованием можно по этой ссылке.Вот видео, демонстрирующее работу наногенератора:Извините, данный ресурс не поддреживается. :( Необычный способ использования трибоэлектрических наногенераторов применили Ученые из Корейского национального университета Чеджу. Они встроили их в игрушки, которые при определенных действиях(нажатие или тряска) загораются:
Выглядит крипово...ЭпилогКонечно, использование таких технологий для игрушек нельзя назвать невероятным успехом. Но потенциал наногенераторов огромен: различные автономные датчики, например, GPS-трекеры для отслеживания миграции диких животных(ну или чипирование людей от Билла Гейтса) , уменьшение зависимости гаджетов от стационарных источников электричества. Возможно, увеличение КПД различных приборов за счет сбора отработанной энергии(тепло, вибрации и т.п.). В общем, есть где разгуляться.
===========
Источник:
habr.com
===========
Похожие новости:
- [Научно-популярное] Не все мы вышли из воды или еще одно предположение, почему до сих пор не нашли инопланетян
- [Научно-популярное, Мозг, Здоровье] Обнаружен новый фактор проявления биполярного расстройства
- [Беспроводные технологии, Разработка систем связи, Научно-популярное, Космонавтика, Астрономия] Космический интернет предложили развивать на основе гравитационных линз
- [Биотехнологии, Физика] Ты то, чем ты дышишь. Как ученые МГТУ определяют болезни человека по выдыхаемому воздуху
- [Управление сообществом, Научно-популярное] Сколько радиолюбителей в России?
- [Управление проектами, Учебный процесс в IT, Робототехника, Научно-популярное] Как организовать локальный чемпионат по робототехнике и сделать его традиционным (vol. 3)
- [Научно-популярное, Космонавтика, Астрономия] Новая фотография чёрной дыры показывает завихрения магнитных потоков
- [Научно-популярное, Космонавтика] OneWeb c Восточного. Запуски года: 26 всего, 5 от России
- [Читальный зал, Научно-популярное, Мозг] Что такое рациональность?
- [Научно-популярное, Космонавтика] Starlink L22. Запуски года: 25 всего, 13 от США
Теги для поиска: #_nauchnopopuljarnoe (Научно-популярное), #_energija_i_elementy_pitanija (Энергия и элементы питания), #_nanotehnologii (Нанотехнологии), #_fizika (Физика), #_nanogenerator (наногенератор), #_istochniki_pitanija (источники питания), #_piroelektrichestvo (пироэлектричество), #_pezoeffekt (пьезоэффект), #_triboelektrichestvo (трибоэлектричество), #_avtonomnoe_pitanie (автономное питание), #_blog_kompanii_itsoft (
Блог компании ITSOFT
), #_nauchnopopuljarnoe (
Научно-популярное
), #_energija_i_elementy_pitanija (
Энергия и элементы питания
), #_nanotehnologii (
Нанотехнологии
), #_fizika (
Физика
)
Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете голосовать в опросах
Вы не можете прикреплять файлы к сообщениям
Вы не можете скачивать файлы
Текущее время: 02-Июл 12:15
Часовой пояс: UTC + 5
| Автор | Сообщение |
|---|---|
|
news_bot ®
Стаж: 6 лет 4 месяца |
|
|
Что это такое?При запросе «наногенератор купить» гугл выдаёт интернет-магазин принадлежностей для аквариумов. «наногенератор», который они продают — это обычный генератор волн. Видимо, для привлечения клиентов, маркетологи выбрали приставку «нано», которая сегодня стала синонимом технического прогресса. В наногенераторах, речь о которых пойдет в этой статье, приставка «нано» отражает размеры рабочего тела, за счет которого вырабатывается электричество. Наногенератор — это устройство, которое преобразуют механическую или тепловую энергию, производимую в результате маломасштабных физических изменений в среде(например, колебаний), в электрическую. В зависимости от того, каким образом преобразуется энергия, принято выделять три класса наногенераторов: пьезоэлектрический и трибоэлектрический преобразуют механическую энергию в электричество, а пироэлектрический тепловую.Пьезоэлектрический наногенераторПьезоэлектрические наногенераторы основаны на (невероятно, но факт) пьезоэлектрическом эффекте. Пьезоэлектрический эффект — это явление, при котором деформация тела приводит к появления электрического заряда на его поверхности. В них используются так называемые нанопроволоки - проволоки с диаметром порядка нанометра. В результате деформации этих проволок на их поверхности образуется электрический заряд: в той части, которая сжата отрицательный заряд, а на растянутой - положительный.  Схема работы пьезоэлектрического наногенератора на примере одной нанопроволоки МатериалРазмерыВыходное напряжениеВыходная мощностьИзготовлениеZnO (оксид цинка)D: ~100 нм, L: 200~500 нм VP=~9 мВ~0.5 пВтCVDGaND: 25~70 нм, L: 10~20 мкмVavg=~20 мВ~ 0,8 пВтCVDPVDFD: 0.5~6.5 мкм, L: 0.1~0.6 ммV=5~30 мВ2.5 пВт~90 пВтЭлектроспиннингПро CVD и Электроспиннинг: CVD или химическое охлаждение из газовой фазы — это процесс получения высокочистых материалов. Зачастую данный метод используется для создания полупроводников малых размеров(от нанометров до микрон).Электроспиннинг — способ получения полимерных волокон в результате действия электростатических сил на электрически заряженную струю полимерного раствора или расплава. Метод электроформования позволяет получать полимерные волокна диаметром порядка нескольких сотен нанометров.Из недавних разработок можно выделить IENG. IENG может выдавать максимальный пиковый ток короткого замыкания 320 мкА и соответствующую плотность тока 290 мкА/см^2, что превосходит предыдущие разработки пьезоэлектрических наногенераторов почти в два раза. Подробнее об это можно почитать здесь.Пироэлектрический наногенератор В таких наногенераторах используется два физических явления — это возникновение в кристаллических диэлектриках поляризации при изменении температуры(свойство пироэлектриков) и эффект Зеебека. Эффект Зеебека - это появления ЭДС в на концах последовательно соединенных разнородных проводников, контакты которых имеют разную температуру. Обратный эффект называется эффект ПельтьеПро пьезоэлектрический эффект при нагревеКак мы знаем, при изменении температуры тела деформируются. В том числе и рабочее тело пироэлектрического наногенератора. Поэтому все пироэлектрики являются пьезоэлектриками, но не наоборот.  Янтарь — классический пример пироэлектрика Обычно для получения электричества в пироэлектрических наногенераторах используется эффект Зеебека, но в среде, где температура однородна, например, на открытом воздухе, необходимо использовать свойства пироэлектриков. Отсюда и вытекает одна из особенностей пироэлектрических наногенераторов — узконаправленность: где хорошо работает один тип, там работает плохо другой, и наоборот.  Схема работы пироэлектрика: Ag — серебро, ITO - Оксид индия-олова. Углы на схеме обозначают градусы, в рамках которых будет колебаться диполь под действием температуры. В целом, пироэлектрические наногенераторы характеризуются высоким напряжением, но невысокой силой тока. Первый пироэлектрический наногенератор был представлен профессором Чжун Линь Вангом из Технологического института Джорджии в 2012 году. Такие генераторы можно широко использовать не только как источники электричества, но и как датчики изменения температур.Трибоэлектрические наногенераторы и китайский WT-TENGНаверняка все в детстве натирали расчетку или воздушный шарик о волосы и представляли себя волшебником, поднимая кусочки бумаги в воздух. Данное волшебство объясняется трибоэлектрическим эффектом. Трибоэлектрический эффект — это явление возникновения электрического заряда в результате трения. Основной недостаток таких генераторов - это необходимость держать поверхности в контакте, что является сложной задачей. К тому же само трение ведет к разрушению поверхностей. Совсем недавно, 11 марта исследователи из Китайского университета Гонконга (CUHK) сообщили о своей разработке наногенератора, основанного на трение твердой поверхности и воды — WT-TENG.  пример работы 150 светодиодов от WT-TENG Размер полученного генератора сравним со средним пальцем. Со слов исследователей, характеристики у WT-TENG следующие: 9 микрокулонов на м^3 с частотой 0.25 Гц. Ознакомиться с исследованием можно по этой ссылке.Вот видео, демонстрирующее работу наногенератора:Извините, данный ресурс не поддреживается. :( Необычный способ использования трибоэлектрических наногенераторов применили Ученые из Корейского национального университета Чеджу. Они встроили их в игрушки, которые при определенных действиях(нажатие или тряска) загораются:  Выглядит крипово...ЭпилогКонечно, использование таких технологий для игрушек нельзя назвать невероятным успехом. Но потенциал наногенераторов огромен: различные автономные датчики, например, GPS-трекеры для отслеживания миграции диких животных(ну или чипирование людей от Билла Гейтса) , уменьшение зависимости гаджетов от стационарных источников электричества. Возможно, увеличение КПД различных приборов за счет сбора отработанной энергии(тепло, вибрации и т.п.). В общем, есть где разгуляться. =========== Источник: habr.com =========== Похожие новости:
Блог компании ITSOFT ), #_nauchnopopuljarnoe ( Научно-популярное ), #_energija_i_elementy_pitanija ( Энергия и элементы питания ), #_nanotehnologii ( Нанотехнологии ), #_fizika ( Физика ) |
|
Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете голосовать в опросах
Вы не можете прикреплять файлы к сообщениям
Вы не можете скачивать файлы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете голосовать в опросах
Вы не можете прикреплять файлы к сообщениям
Вы не можете скачивать файлы
Текущее время: 02-Июл 12:15
Часовой пояс: UTC + 5