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Nanogenerator

Pyroelektrischer Effekt
Viele Wärmeenergie geht durch verschiedene Geräte, von Computern über Autos bis hin zu elektrischen Fernleitungen, an die Umwelt verloren. Durch den pyroelektrischen Effekt kann Wärme in Strom umgewandelt werden. Dieser Effekt wurde erstmals vom griechischen Philosophen Theophrastus beobachtet, als ein Edelstein-Turmalin statische Elektrizität erzeugte und beim Erhitzen Strohhalme anzog. Dies liegt daran, dass Erhitzen und Abkühlen die molekulare Struktur bestimmter Materialien, einschließlich Turmalin, neu anordnen und ein Ungleichgewicht der Elektronen erzeugen, das zur Erzeugung von elektrischem Strom führt.
Nanogenerator
Ein Gerät namens pyroelektrischer Nanogenerator wurde von Forschern der Georgia Tech entwickelt, um Abwärme zu gewinnen, um Strom zu erzeugen. Die Forschergruppe wandte dieses uralte Prinzip an, um einen Nanogenerator (NG) herzustellen, der die zeitabhängige Temperaturänderung einer Wärmequelle zur Stromerzeugung nutzen konnte.
Die Forscher verwendeten Nanodrähte aus Zinkoxid in einer Reihe von kurzen stehenden Längen am Ende und demonstrierte ein Gerät, das beim Erhitzen oder Abkühlen Strom erzeugt. Die Nanogeneratoren können sogar Strom erzeugen, wenn die Temperaturen von Tag zu Nacht schwanken.
Die Forscher behaupten, dass diese neue Art von NG die Grundlage für eine energieautarke Nanotechnologie sein kann, die thermische Energie aus den zeitabhängigen Temperaturschwankungen in unserer Umgebung für Anwendungen wie drahtlose Sensoren, Temperaturbildgebung, medizinische Diagnostik und Personal gewinnt Mikroelektronik.
Nutzung des Nanogenerators
Pyroelektrizität kann eine Schlüsselrolle in der Unterhaltungselektronik spielen und die Rückgewinnung dieser Wärme in Form von pyroelektrischer Energie kann eine neue Ära der "kleinen Energie" einleiten. Pyroelektrische Nanogeneratoren könnten äußerst nützlich sein, um bestimmte Aufgaben in biologischen Anwendungen, Medizin und Nanotechnologie zu erfüllen, insbesondere im Weltraum, da sie bei niedrigen Temperaturen gut funktionieren.
Ukrainische und amerikanische Bemühungen
Ein gemeinsames Team ukrainischer und amerikanischer Wissenschaftler hat diese neuartige pyroelektrische Methode auch demonstriert, um winzige Geräte mit Abwärme anzutreiben. Mit winzigen Strukturen, den sogenannten ferroelektrischen Nanodrähten, kann als Reaktion auf jede Änderung der Umgebungstemperatur ein elektrischer Strom erzeugt werden, der ansonsten Energie aus thermischen Schwankungen verschwendet.
Pyroelektrische Eigenschaften
In den pyroelektrischen Eigenschaften ferroelektrischer Nanodrähte entspricht der pyroelektrische Koeffizient dem Radius des Drahtes und seiner Kopplung. Je kleiner der Drahtradius ist, desto mehr divergiert der pyroelektrische Koeffizient bis zu einem kritischen Radius, bei dem die Reaktion auf paraelektrisch übergeht (oberhalb der Curie-Temperatur). Dieser sogenannte "Größeneffekt" könnte verwendet werden, um die Phasenübergangstemperaturen in ferroelektrischen Nanostrukturen einzustellen und so ein System mit einer großen, einstellbaren pyroelektrischen Reaktion zu ermöglichen.
Theoretisch könnte die Verwendung von gleichrichtenden Kontakten die polarisierte ferroelektrischer Nanodraht, um als Reaktion auf Temperaturschwankungen einen riesigen pyroelektrischen Gleichstrom und eine Spannung zu erzeugen, die mit einem bolometrischen Detektor geerntet und nachgewiesen werden könnten. Ein solches nanoskaliges Gerät würde keine beweglichen Teile enthalten und könnte für den Langzeitbetrieb in Umgebungsanwendungen wie in-vitro-biologischen Systemen und dem Weltraum geeignet sein.
Die Forscher glauben, dass diese kleinen Nanogeneratoren bei niedrigen Temperaturen eine sehr hohe Effizienz haben und bei wärmeren Temperaturen abnehmen.Anstrengungen der Wake Forest University zu Power Felt
Wissenschaftler der Wake Forest University haben eine Technologie namens Power Felt entwickelt, die aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen besteht, ein thermoelektrisches Gerät, das Körperwärme in elektrischen Strom umwandelt.
Power Felt besteht aus winzigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen, die in flexiblen Kunststofffasern eingeschlossen sind und fühlt sich an wie Stoff. Die Technologie nutzt Temperaturunterschiede, beispielsweise Raumtemperatur im Vergleich zur Körpertemperatur, um eine Ladung zu erzeugen.
Verwendet Power Felt
Potenzielle Anwendungen für Power Felt umfassen das Auskleiden von Autositzen, um die Batterieleistung zu erhöhen und den Strombedarf zu decken, das Isolieren von Rohren oder das Sammeln von Wärme unter Dachziegeln zur Senkung der Benzin- oder Stromrechnung, das Auskleiden von Kleidung oder Sportgeräten zur Leistungsüberwachung oder das Einwickeln von IV oder Wundstellen, um den medizinischen Bedarf der Patienten besser zu verfolgen. Es kann als Notfallset verwendet werden, um eine Taschenlampe gewickelt, ein Wetterradio mit Strom versorgen, ein Prepaid-Handy aufladen und bei Stromausfällen oder Unfällen Linderung verschaffen. 72 gestapelte Lagen im Gewebe ergaben etwa 140 Nanowatt Leistung und das Hinzufügen weiterer Nanoröhren-Schichten kann sie noch dünner machen, um die Leistungsabgabe zu erhöhen.
Laut Forschern ist es sogar möglich, eine Jacke mit einer vollständig thermoelektrischen Innenseite herzustellen Innenfutter, das Wärme durch Körperwärme sammelt, während das Äußere durch die Außentemperatur kalt bleibt und möglicherweise einen iPod mit Strom versorgt.


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