Recopilación detallada de datos de nanogeneradores
Un tipo es el nanogenerador piezoeléctrico, que utiliza las propiedades piezoeléctricas y semiconductoras de nanomateriales especiales (óxido de zinc) para convertir la energía mecánica de flexión y compresión en energía eléctrica. También hay un nanogenerador triboeléctrico que utiliza dos materiales con diferentes capacidades de unión de electrones para ganar y perder electrones cuando entran en contacto entre sí en un circuito externo para generar corriente. Actualmente existen cuatro modos principales: contacto vertical, deslizamiento plano, electrodo único y capa independiente. La tercera categoría son los nanogeneradores termoeléctricos.
Introducción básica Nombre chino: Nanogenerador mbth: El nanogenerador se basa en: Reglas Los nanocables de óxido de zinc pertenecen a: El generador más pequeño del mundo que incluye: Conversión de energía mecánica en energía eléctrica Clasificación: Generador piezoeléctrico y generador triboeléctrico El Principios básicos, perspectivas de desarrollo y valoración social de la máquina. Principios básicos 1. Principio del nanogenerador piezoeléctrico El óxido de zinc tiene efectos duales de semiconductor y piezoelectricidad. La barrera Schottky garantiza la capacidad del óxido de zinc para generar corriente unidireccional porque cuando el semiconductor está en contacto con el metal, la función de trabajo electrónico del óxido de zinc es menor que la del óxido de zinc. Electrodo de platino, los electrones fluyen desde el óxido de zinc hacia la sonda (electrodo de platino) y el óxido de zinc presenta una carga positiva, formando una forma similar a una unión PN. Cuando la dirección del campo eléctrico externo es desde el electrodo de platino hacia el óxido de zinc, los electrones internos pueden fluir y generar corriente. Cuando un alambre de óxido de zinc se dobla, genera un potencial en ambos lados. Debido a que los iones de oxígeno y los iones de zinc se mueven entre sí, aparecerán cargas negativas en las áreas comprimidas y cargas positivas en las áreas estiradas. Se puede considerar que la sonda de platino tiene potencial cero. Sólo cuando la sonda se coloca en el lado comprimido la diferencia de potencial resultante aparecerá como electricidad positiva, lo que equivale a que el PN se encienda y genere una corriente en el circuito externo. Por el contrario, es equivalente a la corriente de saturación inversa de la unión PN, la corriente es pequeña y no se puede generar la salida de voltaje. En segundo lugar, el principio del nanogenerador triboeléctrico utiliza nailon y politetrafluoroetileno. Cuando entran en contacto, el PTFE gana electrones. Cuando se produce un deslizamiento, las partes que salen de la superficie de contacto deben ser eléctricamente neutras. Los electrones fluyen del PTFE al nailon, generando así una corriente descendente en el circuito externo cuando los dos entran en contacto, la superficie de contacto permanece eléctricamente neutra; Los electrones que fluyen antes de la corriente de retorno son necesarios para mantener la neutralidad eléctrica, lo que permite el flujo de corriente ascendente en el circuito externo. Las perspectivas de desarrollo de los generadores piezoeléctricos incluyen actualmente los generadores ultrasónicos y los generadores flexibles de flexión. El generador ultrasónico está dividido en tres capas. La primera capa es un electrodo de silicio en espiral recubierto con platino, la del medio es un nanocables de óxido de zinc y la inferior es un electrodo con buena conductividad. Al hacer vibrar la superficie con ondas ultrasónicas, el óxido de zinc se dobla y un electrodo de platino dentado toca un lado del óxido de zinc, generando así una corriente eléctrica. Generador flexible. El generador está hecho de material PDMS flexible. La superficie horizontal está recubierta con nanocables de óxido de zinc paralelos y densos. Los dos polos de los nanocables están recubiertos con electrodos de oro para generar voltaje. Al doblar el sustrato, el nanocable se puede doblar, generando una sección electricidad positiva y otra sección generando electricidad negativa, lo que equivale a introducir la flexión del plano vertical en el plano horizontal. "Science" de EE. UU. informó que Wang Zhonglin, profesor del Instituto de Tecnología de Georgia y director en el extranjero del Centro Nacional de Nanociencia de China, convirtió con éxito la energía mecánica en energía eléctrica a nanoescala y desarrolló con éxito un nanogenerador por primera vez en el mundo. . Wang Zhonglin, que se encuentra en Beijing, dijo en una entrevista con Science Times: "Este es el invento más emocionante que he hecho en este campo de investigación en más de 10 años. Él cree que es el descubrimiento más emocionante e importante en el mundo". El campo nanométrico internacional seguramente provocará un gran aumento en la investigación sobre nanoenergía en toda la nanoacademia. Como profesor de la Junta Directiva del Instituto de Tecnología de Georgia y profesor distinguido del Instituto de Tecnología, Wang Zhonglin es también director del Departamento de Materiales Avanzados y Nanotecnología del Instituto de Tecnología de la Universidad de Pekín y del extranjero. Director del Centro Nacional de Nanociencia de China. Este trabajo fue completado conjuntamente por él y el estudiante de doctorado Song Jinhui. Wang Zhonglin se dio cuenta de que el óxido de zinc tiene propiedades semiconductoras, ópticas y biológicas únicas, y tiene funciones que son insustituibles por otros nanomateriales. Por ello, su grupo de investigación ha estado trabajando en la síntesis y aplicación de nanomateriales basados en óxido de zinc. En 2001, informaron por primera vez sobre la síntesis de una cinta de material semiconductor de óxido de zinc en la revista Science. Este artículo ha sido citado más de 1.100 veces. Posteriormente desarrollaron dispositivos como nanorings y nanoespirales. Wang Zhonglin cree que los nanogeneradores se utilizarán ampliamente en biomedicina, ejército, comunicaciones inalámbricas y sensores inalámbricos.
Dijo: "Esta invención puede integrar nanodispositivos para realizar un verdadero nanosistema que pueda recolectar energía mecánica, como la generada por el movimiento humano y la contracción muscular; energía vibratoria, como la generada por ondas sonoras y ultrasonidos; energía fluida, como la El flujo de fluidos corporales, el flujo sanguíneo y la contracción arterial, se convierten en energía eléctrica y se suministran a los nanodispositivos. La energía eléctrica generada por este nanogenerador es suficiente para suministrar nanodispositivos o sistemas, lo que hace imposible que cualquier nanodispositivo o nanorobot alcance la autosuficiencia energética. ." El "nanogenerador" permite a las personas cargar sus teléfonos móviles o reproductores de MP3 mientras caminan. Se espera que en un futuro próximo esto se convierta en realidad. Wang Zhonglin también dijo que aunque se ha desarrollado un solo nanogenerador, después de todo su potencia es limitada. Si realmente se pone en uso en el futuro, una gran cantidad de nanogeneradores deberán trabajar juntos para formar una "unidad generadora". Por tanto, el siguiente paso del equipo de investigación es encontrar una manera de desarrollar un dispositivo que pueda combinar múltiples nanogeneradores para generar electricidad. La evaluación social de la invención del nanogenerador fue calificada en 2006 como uno de los diez principales avances científicos y tecnológicos del mundo por académicos de la Academia de Ciencias de China. En 2008, fue seleccionado como uno de los mayores avances científicos y tecnológicos del mundo por la comunidad física británica. En 2009, MIT Technology Review fue seleccionada como una de las diez tecnologías más innovadoras. En una revista sobre energía y combustibles, "Scientific Observation" se centró en el proceso y la importancia de la invención de los nanogeneradores por parte del profesor Wang. La revista británica New Scientist clasifica a los nanogeneradores entre las diez tecnologías más importantes que serán tan importantes e influyentes como la invención del teléfono móvil en los próximos diez a treinta años.