הידען - Hayadan

ננו-גנראטורים להפעלת התקנים אלקטרוניים

דר. משה נחמני ·

Summary: ספרות מהבהבות המופיעות ע"ג מסך LCD (צגי גביש-נוזלי) לרוב מצביעות על כך שיש צורך לכוון את השעון של ההתקן. אולם, במעבדה באוניברסיטת Georgia Tech הבהוב הספרות ע"ג צגים זעירים מצביע דווקא על הצלחתו של מאמץ מרובה-שנים להפעיל התקנים אלקטרוניים נפוצים ע"י ננו-גנראטורים המנצלים אנרגיה מכאנית שמקורה מהסביבה תוך שימוש במערך של ננו-חוטים דקיקים. במקרה הנדון, האנרגיה המכאנית נובעת מלחיצה על ננו-גנראטור הממוקם בין שתי אצבעות, אולם היא עשויה לנבוע גם…

ספרות מהבהבות המופיעות ע"ג מסך LCD (צגי גביש-נוזלי) לרוב מצביעות על כך שיש צורך לכוון את השעון של ההתקן. אולם, במעבדה באוניברסיטת Georgia Tech הבהוב הספרות ע"ג צגים זעירים מצביע דווקא על הצלחתו של מאמץ מרובה-שנים להפעיל התקנים אלקטרוניים נפוצים ע"י ננו-גנראטורים המנצלים אנרגיה מכאנית שמקורה מהסביבה תוך שימוש במערך של ננו-חוטים דקיקים.

במקרה הנדון, האנרגיה המכאנית נובעת מלחיצה על ננו-גנראטור הממוקם בין שתי אצבעות, אולם היא עשויה לנבוע גם מפעימת לב, מפסיעות רגליו של מטייל ע"ג שביל, מהנפנוף של חולצה, או מהתנודה של מכונה כבדה. למרות שננו-גנראטורים אלו לעולם לא יצליחו להפיק מספיק חשמל עבור מטרות רגילות, הם יוכלו לשמש להפעלת ננו- ומיקרו-התקנים, ואפילו להטעין מחדש קוצבי לב ואייפודים.

ננו-הגנראטורים מבוססים על התוצא הפיאזואלקטרי המתרחש בחומרים גבישיים כגון תחמוצת אבץ, ואשר בו מתקבל פוטנציאל של מטען חשמלי כאשר מבנים המורכבים מחומר כזה מכופפים או נלחצים. באמצעות לכידת ושילוב המטענים מתוך מיליוני חוטים של תחמוצת אבץ זו, החוקרים הצליחו להפיק כמות של שלושה וולטים – ועד כדי 300 ננו-אמפרים.

"ע"י פישוט העיצוב שלנו, כך שיהפוך ליציב יותר, וצבירת התרומות מננו-חוטים רבים עוד יותר, הצלחנו להגביר את תפוקת הננו-גנראטורים שלנו כך שיוכלו להפעיל התקנים חשמליים מסחריים כגון צגי LCD, דיודות פולטות אור (LED) ודיודות לייזר," אמר החוקר, פרופסור למדעי החומרים ולהנדסה. "אם נוכל לשמר את קצב השיפור הזה, נוכל להגיע ליישומים מעשיים יותר בהתקני רפואה, רכיבי אלקטרוניקה אישיים או לשם ניטור הסביבה." שיפורים מעודכנים בננו-גנראטורים אלו, כולל שיטת ייצור פשוטה יותר, דווחו בכתב העת המדעי Nano Letters.

ננו-גנראטורים של תחמוצת אבץ מוקדמים יותר הורכבו מננו-חוטים "שהוצמחו" ע"ג מצע קשיח ואשר הגיעו לאלקטרודת מתכת. גרסאות מאוחרות יותר חיברו את שני קצוות ננו-החוטים לפולימר והפיקו חשמל באמצעות כפיפתם הפשוטה. בלי קשר לתצורה הסופית, ההתקנים מחייבים "הצמחה" זהירה של מערכי ננו-חוטים וארגון דקדקני שלהם.

במאמרם האחרון, החוקרים דיווחו על שיטות ייצור פשוטות יותר. ראשית, הם הצמיחו מערכים של ננו-חוטים מסוג חדש שהיו בעלי צורה של חרוט. חוטים אלו נעקרו מהמצע עליו הם צמחו והוכנסו לתמיסת כוהל. תמיסה זו טופטפה לתוך אלקטרודת מתכת דקיקה ויריעה של שכבת פולימר גמיש. לאחר התנדפותו של הכוהל, הוספה שכבה חדשה. בשיטה זו נערמו שכבות מרובות של ננו-חוט/פולימר לקבלת חומר מרוכב באמצעות תהליך שהחוקר הראשי מאמין שיוכל להפוך לתהליך תעשייתי.

כאשר מכופפים את "כריכי" ננו-החוטים הללו, שגודלם 2 סמ"ר, הם מסוגלים להפיק חשמל בכמות שמספיקה להפעיל צג של מחשבון כיס.

החוקר הראשי טוען כי ננו-הגנראטורים קרובים עתה להפיק מספיק חשמל להפעלת מערכות באופן עצמאי שתוכלנה לנטר את הסביבה לגילוי גזים רעילים, לדוגמא, ואז לשדר אות התראה. המערכת תכלול קבלים שיוכלו לאחסן את המטען המועט עד שיצטבר מספיק חשמל לשליחת מידע החוצה.

למרות שהתפוקה של הננו-גנראטורים הקיימים היום עדיין מתחת לרמה הנדרשת להפעלת התקנים כאייפוד או קוצבי-לב, החוקר הראשי מאמין כי ניתן יהיה להגיע לרמות אלו תוך שלוש עד חמש שנים. ננו-הגנראטורים דהיום, מציין החוקר, עוצמתיים כמעט פי מאה מאלו שקבוצתו פיתחה רק לפני שנה.

הידיעה על המחקר