Ученые разработали наногенератор на основе оксида цинка для сбора микро-энергии

Сегодня все мы окружены множеством электронных устройств, как больших, так и совсем крохотных, которые можно носить на себе или даже в своем теле, в виде электронных имплантатов. Эти небольшие интеллектуальные устройства не только должны быть удобными в использовании, но и должны стабильно работать, причем желательно от возобновляемых источников энергии. Эта последняя цель и вдохновила группу исследователей из Корейского института науки и технологий (KAIST) на разработку прототипа наногенератора из оксида цинка (ZnO), который может собирать механическую энергию из окружающей среды.

Более того, ученые обнаружили, что вставка изолирующего слоя из нитрида алюминия (AlN) приводит к значительному улучшению производительности этого наногенератора.

Материалы с пьезоэлектрическими свойствами, к которым относится и ZnO, способны преобразовывать механическую энергию в электрическую энергию, и наоборот. Как утверждают исследователи, оксид цинка особенно подходит для использования в качестве функционального наногенератора, благодаря своей прозрачности, совместимости со свинцом, наноструктурной пластичности и устойчивости к химическим веществам.

По сути, прототип наногенератора, разработанный корейскими исследователями, состоит из слоев пьезоэлектрических наностержней или нанопроволок ZnO и нитрида алюминия AIN, сформированных на гибкой подложке и расположенных между двумя электродами. При механическом воздействии на наногенератор в материале возникают поляризованные заряды, которые в свою очередь образуют пьезоэлектрические поля. Эти поля позволяют накапливать заряды на электродах для создания внешнего кратковременного электрического тока, который затем может использоваться непосредственно для питания устройств, либо накапливаться в устройствах аккумулирования энергии.

Ученые уверены, что разработанная ими новая технология позволит создавать более энергоэффективные устройства на основе ZnO для сбора микро-энергии. Эти наногенераторы окажутся полезными для использования в качестве источника автономного питания портативных систем связи, устройств мониторинга здоровья человека или окружающей среды, а также имплантируемых медицинских устройств.