压电纳米线发电机

纳米技术的发展极大地促进了电池和集成电路的小型化,开发出将自然存在的机械能转化为电能的自供应电子器件,并在减小电源尺寸的同时提高能量密度和效率,必将对纳米传感器的开发起着重要的作用。

压电材料仅需推或者拉,就可产生轻微的电荷。2006年初,美国乔治亚理工学院(Georgia Tech)的纳米科学家王中林在《科学》杂志上首次提出了可利用由压电材料合成的纳米线将机械能转化为电能,作为纳米发电机的开发原理。该设想具有极高的商业化价值,一旦现实化即能够利用周围存在的许多微小振动,例如声波、气流、血液流动甚至散步引起的机械振动都能够使纳米线弯曲,从而产生电流。更有意思的设想在于可将这些压电纳米线就可以编织在衣物中或置于鞋跟,使人们在散步片刻即可为手提电话或便携电脑充电。

继六方晶系的纤锌矿结构(wurtzite structure)及钙钛矿结构(perovskite structure)纳米线先后被用于压电纳米发电机之后,近日,来自美国佐治亚理工学院的王中林教授的研究小组发现三方晶系的碲纳米线(trigonal Te nanowire)也可用于纳米发电机,相关研究成果发表在Advanced Materials

与以往的纳米线仅在纵向(longitudinal direction)具有压电能力不同,三角碲纳米线在其径向(radial direction.)由于具有不对称的晶体结构,使其拥有特别的径向压电效应。更有意思的是,由于三角碲纳米线是目前最细的纳米线之一,同时他压电应变常数为5.5×10-9 cm/V,是已有压电纳米纤维中最高的,因此其有望成为制备纳米发电机的新一类材料。

有趣的是科研人员还发现由单层三角碲纳米线制造的纳米发电机即可达到9 mW/cm3的能量密度,并具有良好的长期稳定性,这一特性有利于实现纳米发电机对周围环境能量的高效回收。该实验结果进一步证明了三角碲纳米线在纳米发电机的研究与应用中具有重要价值。

About 王 文竹

就读于厦门大学,药学院,化学生物学专业