Новости химической науки > Наногенераторы для сенсоров состояния окружающей среды

Совместная работа исследователей из США и Кореи позволила использовать наноматериалы для разработки автономного сенсора, определяющего содержание ртути в воде.

Большинство сенсоров состояния окружающей среды должно быть подключено к источнику питания, необходимость использования источника питания зачастую может привести к существенному удорожанию такого сенсора. Конечно, возможно, решить проблемы электропитания сенсора за счет солнечной энергии, но, увы, такой способ слишком сильно зависит от погодных условий и географического расположения сенсора.

Жонг Лин Вонг (Zhong Lin Wang) из Технологического института Джорджии решил проблему, разработав сенсор, снабженный автономным источником питания, который вырабатывает энергию за счет движений, происходящих в его окружении. Исследователи разработали наногенератор, который преобразовывает механическую энергию в электрическую за счет нанопроводов из оксида цинка (ZnO NW). Эти нанопровода представляют собой пьезоэлектрики, поэтому выработка энергии за счет пьезоэффекта безопасна для окружающей среды.

Рисунок из Energy Environ. Sci., 2011, DOI: 10.1039/c1ee01558c

Исследователи получили источник питания, разместив нанопровода на гибкой подложке, концы нанопроводов контактировали с поверхностью электрода, изготовленного из золотой пленки. При сжатии нанопроводов, вызванных их перемещением, электроны переходят с нанопроводов на золото, при последующем снятии напряжения электроны перемещаются обратно, к нанопроводам, в результате чего создается электрический ток. Электричество накапливается в конденсаторе, который периодически питает сенсор, определяющий загрязнения окружающей среды. Сами сенсор изготовлен из одностенных углеродных нанотрубок, включенных в электрическую схему со светоизлучающим индикатором. Вонг протестировал разработанное им устройство в воде и обнаружил, что светоизлучающий диод загорается в присутствии в среде ионов ртути, интенсивность свечения индикатора зависит от содержания ионов ртути.

Вонг отмечает, что главным достоинством разработанного в его группе устройства является полная его полная энергетическая автономность, основанная на его способности получать энергию из окружающей среды и стабильность его работы. Вонг надеется, что в будущем наногенераторы энергии смогут найти применение и в других областях помимо скрининга состояния окружающей среды – создании сетей биосенсоров, персональной электроники и даже в системах национальной безопасности. В будущем исследователи планируют создать устройства, преобразующие в электроэнергию турбулентное движение воды, потоки воздуха или звуковые волны.

Юн Лю (Jun Liu), специалист по синтезу и применению наноструктурированных материалов для систем запасания и переработки энергии, высоко оценивает новое устройство, заявляя, что у такой системы имеется огромный потенциал для практического применения.

Источник: Energy Environ. Sci., 2011, DOI: 10.1039/c1ee01558c

метки статьи: #аналитическая химия, #вопросы экологии, #нанотехнологии, #новые материалы