Nanogenerator

Pyro-elektrisch effect
Veel warmte-energie gaat verloren aan het milieu door verschillende apparaten, variërend van computers tot auto's tot elektrische transmissielijnen over lange afstanden. Warmte kan worden omgezet in elektriciteit met behulp van het pyro-elektrische effect. Dit effect werd voor het eerst waargenomen door de Griekse filosoof Theophrastus toen een edelsteentoermalijn statische elektriciteit produceerde en bij verhitting stukjes stro aantrok. Dit komt omdat verwarming en koeling de moleculaire structuur van bepaalde materialen, waaronder toermalijn, herschikken en een onbalans van elektronen veroorzaken, wat resulteert in het genereren van elektrische stroom.
Nanogenerator
Een apparaat genaamd pyro-elektrische nanogenerator is ontworpen om restwarmte te oogsten om elektriciteit te produceren door onderzoekers van Georgia Tech. De onderzoeksgroep paste dit eeuwenoude principe toe om een ​​nanogenerator (NG) te maken die gebruik kon maken van de tijdsafhankelijke temperatuurverandering van een warmtebron om elektriciteit op te wekken.
Onderzoekers gebruikten nanodraden van zinkoxide in een reeks van korte staande lengtes on-end en demonstreerde een apparaat dat elektriciteit produceert bij verwarming of koeling. De nanogeneratoren kunnen zelfs stroom produceren als de temperatuur van dag tot nacht fluctueert.
De onderzoekers beweren dat dit nieuwe type NG de basis kan vormen voor zelfaangedreven nanotechnologie die thermische energie oogst uit de tijdafhankelijke temperatuurschommelingen in onze omgeving voor toepassingen zoals draadloze sensoren, temperatuurbeeldvorming, medische diagnostiek en persoonlijke micro-elektronica.
Gebruik van nanogenerator
Pyro-elektriciteit kan een sleutelrol spelen in consumentenelektronica en het terugwinnen van deze warmte in de vorm van pyro-elektrische energie kan leiden tot een nieuw tijdperk van 'kleine energie'. Pyro-elektrische nanogeneratoren kunnen uitermate nuttig zijn voor het aandrijven van specifieke taken in biologische toepassingen, medicijnen en nanotechnologie, vooral in de ruimte, omdat ze goed presteren bij lage temperaturen.
Oekraïense en Amerikaanse inspanningen
Een gezamenlijk team van Oekraïense en Amerikaanse wetenschappers heeft ook deze nieuwe pyro-elektrische methode gedemonstreerd om kleine apparaten van stroom te voorzien met behulp van afvalwarmte. Met behulp van kleine structuren die ferro-elektrische nanodraden worden genoemd, kan een elektrische stroom worden gegenereerd als reactie op elke verandering in de omgevingstemperatuur, waarbij anders verspilde energie wordt gewonnen uit thermische schommelingen.
Pyro-elektrische eigenschappen
In de pyro-elektrische eigenschappen van ferro-elektrische nanodraden komt de pyro-elektrische coëfficiënt overeen met de straal van de draad en zijn koppeling. Hoe kleiner de draadstraal, hoe meer de pyro-elektrische coëfficiënt divergeert tot een kritische straal waarbij de respons verandert in para-elektrisch (boven de Curie-temperatuur). Dit zogenaamde "grootte-effect" zou kunnen worden gebruikt om de faseovergangstemperaturen in ferro-elektrische nanostructuren af ​​te stemmen, waardoor een systeem met een grote, afstembare, pyro-elektrische respons mogelijk wordt.
In theorie zou het gebruik van gelijkrichtende contacten de gepolariseerde ferro-elektrische nanodraad om een ​​gigantische, pyro-elektrische, gelijkstroom en spanning te genereren als reactie op temperatuurschommelingen die kunnen worden geoogst en gedetecteerd met behulp van een bolometrische detector. Een dergelijk apparaat op nanoschaal zou geen bewegende delen bevatten en zou geschikt kunnen zijn voor langdurig gebruik in omgevingstoepassingen zoals in-vitro biologische systemen en de ruimte.
De onderzoekers zijn van mening dat deze kleine nanogeneratoren een zeer hoog rendement zouden hebben bij lage temperaturen, en afnemen bij warmere temperaturen.Wake Forest University-inspanning op Power Felt
Wetenschappers van Wake Forest University hebben een technologie ontwikkeld genaamd Power Felt, samengesteld uit koolstofnanobuisjes, een thermo-elektrisch apparaat dat lichaamswarmte omzet in elektrische stroom.
Power Felt is samengesteld uit kleine koolstofnanobuisjes opgesloten in flexibele plastic vezels en voelt aan als stof. De technologie maakt gebruik van temperatuurverschillen, bijvoorbeeld kamertemperatuur versus lichaamstemperatuur om een ​​lading te creëren.
Gebruikt Power Felt Mogelijke toepassingen voor Power Felt zijn onder meer het bekleden van autostoelen om het batterijvermogen te vergroten en elektrische behoeften te onderhouden, het isoleren van leidingen of het verzamelen van warmte onder dakpannen om de gas- of elektriciteitsrekening te verlagen, het voeren van kleding of sportuitrusting om de prestaties te controleren, of het inpakken van IV of wondlocaties om de medische behoeften van patiënten beter te kunnen volgen. Het kan worden gebruikt als een noodpakket, om een ​​zaklamp gewikkeld, een weerradio van stroom voorzien, een prepaid mobiele telefoon opladen en kan verlichting bieden bij stroomuitval of ongelukken. 72 op elkaar gestapelde lagen in de stof leverden zo'n 140 nanowatt aan vermogen op en de toevoeging van meer nanobuislagen kan ze nog dunner maken om het vermogen te verhogen.
Volgens onderzoekers is het zelfs mogelijk om een ​​jas te maken met een volledig thermo-elektrische binnenkant voering die warmte van lichaamswarmte verzamelt, terwijl de buitenkant koud blijft van de buitentemperatuur en mogelijk een iPod van stroom kan voorzien.