Converting Biomechanical Energy into Electricity by a Muscle-Movement-Driven Nanogenerator

A living species has numerous sources of mechanical energy, such as muscle stretching, arm/leg swings, walking/running, heart beats, and blood flow. We demonstrate a piezoelectric nanowire based nanogenerator that converts biomechanical energy, such as the movement of a human finger and the body motion of a live hamster (Campbells dwarf), into electricity. A single wire generator (SWG) consists of a flexible substrate with a ZnO nanowire affixed laterally at its two ends on the substrate surface. Muscle stretching results in the back and forth stretching of the substrate and the nanowire. The piezoelectric potential created inside the wire leads to the flow of electrons in the external circuit. The output voltage has been increased by integrating multiple SWGs. A series connection of four SWGs produced an output voltage of up to 0.1−0.15 V.

В основе работы генераторов лежит так называемый пьезоэлектрический эффект - появление разности потенциалов в некоторых материалах при возникновении механического напряжения в них.

Ученые поместили штыри из оксида цинка диаметром 100-800 нанометров и длиной 100-500 микрон в гибкую полимерную основу. Штыри присоединялись к двум контактам пластинки.

В рамках теста ученые размещали подобные устройства на специальных курточках для хомяков. Во время бега в колесе сокращение мышц животных приводило к изгибаниям полимерной пластины и, следовательно, растяжениям и сжатиям штырей внутри. В результате работы пьезоэлектрического эффекта на контактах пластины возникала переменная разность потенциалов.

Category:

Science & Technology

Tags:

• Energy
• Muscle-Movement-Driven
• Nanogenerator