Пьезоэлектрические наногенераторы

Материал из Циклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Пьезоэлектрические наногенераторы — это устройства, которые преобразуют механическую энергию в электрическую на нано масштабном уровне, используя пьезоэлектрические свойства наноматериалов[1].

История и теоретические основы[править]

Первые исследования пьезоэлектрического эффекта были проведены в конце XIX века Пьером и Жаком Кюри[2]. Они обнаружили, что некоторые кристаллические материалы генерируют электрическое напряжение при механическом воздействии.

Пьезоэлектрические наногенераторы появились в начале XXI века, когда были разработаны методы создания наноматериалов с пьезоэлектрическими свойствами. В 2006 году группа под руководством профессора Зонг Лин Ван из Технологического института Джорджии продемонстрировала первый наногенератор на основе нанопроводов оксида цинка(ZnO)[3].

Принцип работы[править]

Пьезоэлектрические наногенераторы работают на основе пьезоэлектрического эффекта, который заключается в генерации электрического заряда в ответ на механическое воздействие. Основные этапы работы наногенератора:

  1. Механическое воздействие: Наногенератор подвергается механическому воздействию, такому как изгиб, растяжение или сжатие.
  2. Поляризация: Пьезоэлектрический материал внутри наногенератора поляризуется, создавая разность потенциалов.
  3. Сбор заряда: Сгенерированный электрический заряд собирается и преобразуется в полезную электрическую энергию[4].

Материалы и конструкции[править]

Основными материалами, используемыми в пьезоэлектрических наногенераторах, являются:

  1. Цинк оксид (ZnO): Наиболее широко используемый материал благодаря его высоким пьезоэлектрическим свойствам и легкости синтеза нанопроводов[5].
  2. Плюмбонат цирконата титана (PZT): Керамический материал с высокими пьезоэлектрическими коэффициентами.
  3. Поливинилиденфторид (PVDF): Полимерный материал, используемый для создания гибких наногенераторов.

Применения[править]

Пьезоэлектрические наногенераторы имеют широкий спектр применений:

  1. Носимая электроника: Генерация энергии для носимых устройств, таких как умные часы и фитнес-трекеры[6].
  2. Биомедицинские устройства: Обеспечение питания для имплантируемых медицинских устройств, таких как кардиостимуляторы.
  3. Энергосбережение: Сбор энергии из вибраций и движений для питания маломощных устройств в интерьере вещей (IoT).

Современные исследования и перспективы[править]

Исследования в области пьезоэлектрических наногенераторов направлены на улучшение эффективности преобразования энергии, разработку новых материалов и интеграцию наногенераторов в различные устройства. Перспективные направления включают:

  1. Гибридные наногенераторы: Комбинация пьезоэлектрических и трибоэлектрических эффектов для повышения эффективности.
  2. Биоразлагаемые материалы: Разработка экологически чистых наногенераторов для одноразовых медицинских устройств.
  3. Интеграция с микросистемами: Встраивание наногенераторов в микросистемы для автономного питания сенсоров и микропроцессоров[7].

Примечания[править]

  1. ↑ Wang, Z. L., & Song, J. (2006). Piezoelectric nanogenerators based on zinc oxide nanowire arrays. Science, 312(5771), 242-246.
  2. ↑ Wang, Z. L., & Song, J. (2006). Piezoelectric nanogenerators based on zinc oxide nanowire arrays. Science, 312(5771), 242-246.
  3. ↑ Xu, S., Hansen, B. J., & Wang, Z. L. (2010). Piezoelectric-nanowire-enabled power source for driving wireless microelectronics. Nature Communications, 1, 93.
  4. ↑ Xu, S., Hansen, B. J., & Wang, Z. L. (2010). Piezoelectric-nanowire-enabled power source for driving wireless microelectronics. Nature Communications, 1, 93.
  5. ↑ Lee, M., Bae, J., Lee, J., Lee, C. S., Hong, S., & Wang, Z. L. (2011). Self-powered environmental sensor system driven by nanogenerators. Energy & Environmental Science, 4(9), 3359-3363.
  6. ↑ Lee, M., Bae, J., Lee, J., Lee, C. S., Hong, S., & Wang, Z. L. (2011). Self-powered environmental sensor system driven by nanogenerators. Energy & Environmental Science, 4(9), 3359-3363.
  7. ↑ Lee, M., Bae, J., Lee, J., Lee, C. S., Hong, S., & Wang, Z. L. (2011). Self-powered environmental sensor system driven by nanogenerators. Energy & Environmental Science, 4(9), 3359-3363.

Литература[править]

  1. Wang, Z. L., & Song, J. (2006). Piezoelectric nanogenerators based on zinc oxide nanowire arrays. Science, 312(5771), 242-246.
  2. Xu, S., Hansen, B. J., & Wang, Z. L. (2010). Piezoelectric-nanowire-enabled power source for driving wireless microelectronics. Nature Communications, 1, 93.
  3. Lee, M., Bae, J., Lee, J., Lee, C. S., Hong, S., & Wang, Z. L. (2011). Self-powered environmental sensor system driven by nanogenerators. Energy & Environmental Science, 4(9), 3359-3363.
Рувики

Одним из источников, использованных при создании данной статьи, является статья из википроекта «Рувики» («ruwiki.ru») под названием «Пьезоэлектрические наногенераторы», расположенная по адресу:

—«https://ru.ruwiki.ru/wiki/Пьезоэлектрические_наногенераторы»

Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC-BY-SA 4.0 и более поздних версий.

Всем участникам Рувики предлагается прочитать материал «Почему Циклопедия?».

Источник — http://cyclowiki.org/w/index.php?title=Пьезоэлектрические_наногенераторы&oldid=2172814