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Nanosensoren mit eingebautem Kraftwerk

Generator aus Zinkoxid-Nanodrähten versorgt Sensor mit Energie

Wissenschaftler in den USA haben Minisensoren mit integriertem Kraftwerk entwickelt. Die Nanosensoren messen den Säuregehalt einer Flüssigkeit oder UV-Licht. Energie gewinnt der Nanogenerator, indem er verbogen wird.

Artikel veröffentlicht am ,
Nanosensoren mit eingebautem Kraftwerk

Wissenschaftler des Georgia Institute of Technology (Gatech) haben Sensoren entwickelt, die über piezoelektrische Nanogeneratoren verfügen. Generator und Sensor bestehen aus Nanodrähten aus Zinkoxid. Die Sensoren können den pH-Wert von Flüssigkeiten messen oder erkennen ultraviolettes (UV) Licht.

Strom durch Verformen

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Der Nanogenerator besteht aus einer Anordnung von rund 20.000 Nanodrähten, die sich entweder waagerecht oder senkrecht angeordnet in einer flexiblen Polymerhülle befinden. Elektrische Energie wird durch den piezoelektrischen Effekt gewonnen: Werden die Nanodrähte verformt, wandeln sie mechanische Energie in elektrische.

  • Sensor mit senkrechten (oben links) und waagerechten Drähten (rechts) (Bilder: Zhonglin Wang)
  • Wang mit einem Sensor (Foto: Gary Meek)
  • Wang mit seinem Team (Foto: Gary Meek)
Sensor mit senkrechten (oben links) und waagerechten Drähten (rechts) (Bilder: Zhonglin Wang)

Die erzeugte Spannung sei vom Grad der Verformung abhängig, erklärt Zhonglin Wang. Bei der Verformungsrate von weniger als zwei Prozent pro Sekunde liefere der Nanogenerator 1,2 Volt, schreiben die Forscher um Wang im britischen Fachmagazin Nature Nanotechnology.

Günstige Herstellung

"Wir können jetzt die Drähte chemisch auf Substraten, die faltbar und biegsam sind, züchten. Das Substrat hat dabei eine Temperatur von nicht einmal 100 Grad Celsius, also etwa die Temperatur von Kaffee", erklärt Wang. Das senke die Herstellungskosten und ermögliche es, die Nanodrähte auf praktisch jedem Substrat zu züchten.

Die Forscher haben bisher zwei Sensoren gebaut, die auf den Zinknanodrähten basieren und von den Nanogeneratoren versorgt werden. Der pH-Sensor bestimmt den Säuregrad einer Flüssigkeit, indem er Spannungsänderungen misst, die auftreten, wenn der Sensor einer Flüssigkeit ausgesetzt wird. Der UV-Sensor erkennt UV-Licht auf vergleichbare Weise.

Energie aus der Umgebung

Generator und Sensor im Nanoformat ermöglichten den Bau sehr kleiner Sensoren, die sich selbst über das sogenannte Energy Harvesting mit Energie versorgen. Diese wird dabei aus der unmittelbaren Umgebung, etwa aus Vibrationen, Luftströmungen oder aus mechanischen Bewegungen, gewonnen. So kann ein Stoßdämpfer, ein Schuh, das Knie oder der Kiefer zum Generator werden.

Wangs Team arbeitet schon seit gut fünf Jahren an Energy Harvesting mit Nanodrähten. Vor zwei Jahren hatten die Forscher einen Nanogenerator für Hemden vorgestellt, der aus Nanodrähten aus Zinkoxid bestand.

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CyrussM 31. Mär 2010

hihi , möchte dir ja nicht zu nahe treten. Aber was möchtest du uns damit sagen? Kaffee...

IhrName9999 30. Mär 2010

Frag in 10 Jahren nochmal.

IhrName9999 30. Mär 2010

Verstehst du eigentlich den Unterschied zwischen "Forschung" und "marktreifes Produkt...

blueSteel 29. Mär 2010

Es gibt tatsächlich Schutzkleidung gegen Taser. Da sind IIRC Metallfäden verwoben, oder...


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