Для питания всевозможных наноразмерных сенсоров использование «классических» аккумуляторов зачастую затруднено. Поэтому не прекращаются работы по поиску миниатюрных генераторов энергии, использующих солнечную, тепловую или механическую энергию.

Стремительное развитие современной сенсорики заставляет ученых искать новые компактные источники питания, способные использовать ресурсы окружающей среды. В качестве наиболее подходящего источника питания напрашиваются солнечные элементы, однако далеко не все сенсоры могут находиться на протяжении всего времени своей работы под открытым солнечным светом.

В качестве альтернативы солнечным элементам могут рассматриваться различные пьезоэлектрические материалы, которые могут преобразовывать механические (или акустические) колебания в электрический сигнал. Но и эта альтернатива, увы, не лишена недостатков. Дело в том, что «природный» спектр колебаний обладет весьма широким разбросом по частотам, однако существующие пьезоэлектрические генераторы способны «реагировать» лишь на существенно более узкие диапазоны частот. Поэтому создание пьезогенераторов, чувстивтельных к более широкому диапазону частот, представляется весьма заманчивым.

Рис. 1. а) Схематическое изображение созданного наногенератора, а также его временные развертки напряжения (b) и силы тока (с).

В основе предложенного профессором Z. L. Wang наногенератора лежит более, чем хорошо знакомый слой нанонитей ZnO, нанесенный на слой полимера (полистирол) с обеих сторон. При сгибании с одной стороны образуется напряжение растяжения, с другой – сгиба, что приводит к разности электрических потенциалов на противоположных концах генератора, которого вполне достаточно для питания небольшого сенсора (при деформации 0.12% и скорости деформации 3,56%/с напряжение достигает 10 В при силе тока во внешней цепи более 0,6 мА ).

Рис. 2. Электросхема созданного автором статьи сенсора (а), его аналитический отклик на временной развертке силы тока (b) и соответствующие откликам сенсора изменения интесивности излучения светодиода.

В качестве наглядного примера радужных перспектив полученного генератора, автор статьи создал сенсор для определения ионов Hg²⁺ в воде (для чего использовался полевой транзистор на основе ОУНТ), который «питается» от вышеупомянутого генератора. Для удобства величина детектируемого аналитического сигнала пропорциональна интенсивности излучения светодиода, встроенного в цепь.

Результаты исследований опубликованы в статье:

Zhong Lin Wang Self-Powered Nanosensors and Nanosystems. – Advanced Materials. – Article first published online: 15 NOV 2011; DOI: 10.1002/adma.201102958.