ابتكار

مولدات النانو: أذكى الأشياء التي لم تراها من قبل

مولدات النانو: أذكى الأشياء التي لم تراها من قبل


تتطلب التطورات المذهلة في تكنولوجيا النانو ، بما في ذلك الأجهزة الإلكترونية الطبية الحيوية والأجهزة القابلة للارتداء ، ابتكارات في مصادر الطاقة المناسبة. تتقدم تقنية Nanogenerator إلى الأمام لتلبية هذه الحاجة.

ما هي مولدات النانو

الكلمة نانو يعني المليار، لذلك النانومتر هو واحد من المليار من المتر. هذا هو العالم الصغير الذي تعمل فيه المولدات النانوية ، ولا يمكن رؤيتها إلا من خلال المجاهر عالية الطاقة. يتطلب توليد الطاقة على هذا النطاق طرقًا متخصصة لحصاد الطاقة. الأنواع الثلاثة من المولدات النانوية التي يجري تطويرها حاليًا من قبل الباحثين حول العالم هي كهرضغطية ، وكهرباء احتكاك ، وكهربائية حرارية. فكيف تعمل هذه الأعاجيب الصغيرة؟

مولدات نانوية كهرضغطية

[مصدر الصورة: ويكيميديا]

تستخدم المولدات النانوية الكهرضغطية التأثير الكهرضغطية لتوليد الكهرباء. من الكلمة اليونانية بيزين، المعنى صحافةيصف التأثير الكهروإجهادي إنشاء مجال كهربائي استجابة لتشوه التركيب البلوري للمادة. يحدث هذا بسبب التغيير في الوضع النسبي للجزيئات المستقطبة داخل الهيكل. قد يحدث التشوه نتيجة الضغط المباشر أو الاهتزاز.

المولدات النانوية الكهربائية

[مصدر الصورة: ويكيميديا]

يتحكم تأثير الاحتكاك الكهربائي في تشغيل المولدات النانوية الاحتكاكية الكهربائية. من كلمة يونانية أخرى تريبو، المعنى فرك، تأثير الاحتكاك الكهربائي هو الظاهرة التي يتم من خلالها نقل الإلكترونات من مادة إلى أخرى من خلال التلامس ، مما يخلق فرقًا في الجهد الكهربائي بين السطحين.

المولدات النانوية الكهروحرارية

كما تتوقع ، تستخدم المولدات النانوية الكهروحرارية - خمنت ذلك - التأثير الكهروحراري. يصف هذا التأثير توليد الجهد عبر فرق الحرارة. يحدث توليد الجهد داخل مواد معينة عند تسخينها ، بسبب التغيرات الموضعية الصغيرة للذرات المستقطبة داخل الهيكل.

تشريح مولد النانو

[مصدر الصورة: ويكيميديا]

يعتمد اختيار المواد التي يتكون منها مولد النانو على أسلوبه في جمع الطاقة. تعمل مجموعة رائدة من الباحثين في تكنولوجيا المولدات النانوية من معهد جورجيا للتكنولوجيا. يركز هذا الفريق ، بقيادة البروفيسور Zhong Lin Wang ، جهودهم على مولدات النانو الكهروضغطية ، باستخدام أسلاك نانوية من أكسيد الزنك (ZnO).

اتخذ فريق بحث آخر نهجًا مختلفًا لتوليد الكهرباء الانضغاطية على نطاق النانو. المواد المفضلة لديهم هي تيتانات الزركونات الرصاصية (PZT). هذه المادة هشة للغاية ، ومع ذلك ، فهي خاصية إشكالية لمادة تحت الضغط. لقد توصل الفريق إلى طريقة فريدة للالتفاف حول هذا الأمر ، وتشكيل PZT إلى أشرطة نانوية ووضعها في نمط يشبه الموجة.

التطبيقات

من المستشعرات إلى الأجهزة الإلكترونية القابلة للارتداء ، تتزايد مجموعة تقنيات النانو المتاحة كل عام. تذكرنا الابتكارات المذهلة في الطب الحيوي في السنوات الأخيرة بأحلام الخيال العلمي في الثمانينيات. تتطلب الأجهزة الطبية القابلة للزرع طاقة ثابتة وموثوقة ، وتعد الجراحة الغازية لاستبدال حزم البطاريات حلاً أقل من مثالي. يمكن أن توفر الحركات التلقائية للجسم ، بما في ذلك ضربات القلب والتنفس ، الطاقة الحركية التي تتطلبها المولدات النانوية الكهرضغطية. تنتج أصغر الحركات الاحتكاك ، مع إمكانية تشغيل مولدات النانو الكهربائية الاحتكاكية. تكثر الطاقة الحرارية المهدرة في جسم الإنسان ، مما يوفر الوقود للمولدات النانوية الكهروحرارية.

[مصدر الصورة: ويكيميديا]

شهد عام 2012 بعض التقدم الهائل في كثافة الطاقة الناتجة للمولدات النانوية ولا يُظهر العدد المتزايد من الباحثين حول العالم أي علامة على إبطاء هذا التقدم. من التكنولوجيا المضمنة في ملابسك إلى عمليات الزرع تحت الجلد ، تعد المولدات النانوية بجعل مستقبل تكنولوجيا النانو أكثر سهولة في الاستخدام.

راجع أيضًا: 3 استخدامات مستقبلية لأنابيب الكربون النانوية

بقلم جودي بينز


شاهد الفيديو: 6 أماكن مستحيلة علميا ولكنها موجودة على الأرض بالفعل