Khi nói tới máy phát điện chúng ta thường nghĩ về những cỗ máy nặng nề chạy bằng xăng dầu, nhưng đó không phải là loại máy phát điện duy nhất. Người ta đang phát triển một công nghệ tiên tiến gọi là máy phát điện nano (nanogenerator), những thiết bị tí hon có thể tạo ra điện nhưng không phải từ nhiên liệu hoá thạch mà là từ các nguồn năng lượng nhỏ bé trong môi trường như chuyển động cơ học, chênh lệch nhiệt độ, thậm chí rung động của cơ thể người.
Từ nano có nghĩa là một phần tỷ, cho nên một nanomet tức là một phần tỷ của mét và đó chính là đơn vị đo kích thước của loại máy này. Ra đời từ năm 2006 nhờ công trình nghiên cứu của Viện Công nghệ Georgia, máy phát nano tận dụng các hiệu ứng vật lý như áp điện (piezoelectric), điện ma sát (triboelectric) hoặc nhiệt điện (thermoelectric) để tạo ra điện. Đây cũng là tên gọi của 3 loại máy phát điện nano chính.
Một loại máy phát điện nano phổ biến là máy phát điện nano áp điện (piezoelectric nanogenerator, hay PENG). Nó sử dụng vật liệu áp điện để tạo ra điện từ áp lực cơ học. Kích thước của nó siêu nhỏ thường chỉ từ vài micromet đến nanomet nên có thể tích hợp vào vải, da nhân tạo hoặc thiết bị y tế. PENG gồm các thành phần sau:
Từ nano có nghĩa là một phần tỷ, cho nên một nanomet tức là một phần tỷ của mét và đó chính là đơn vị đo kích thước của loại máy này. Ra đời từ năm 2006 nhờ công trình nghiên cứu của Viện Công nghệ Georgia, máy phát nano tận dụng các hiệu ứng vật lý như áp điện (piezoelectric), điện ma sát (triboelectric) hoặc nhiệt điện (thermoelectric) để tạo ra điện. Đây cũng là tên gọi của 3 loại máy phát điện nano chính.
Cấu tạo của một loại máy phát điện nano tiêu biểu
Một loại máy phát điện nano phổ biến là máy phát điện nano áp điện (piezoelectric nanogenerator, hay PENG). Nó sử dụng vật liệu áp điện để tạo ra điện từ áp lực cơ học. Kích thước của nó siêu nhỏ thường chỉ từ vài micromet đến nanomet nên có thể tích hợp vào vải, da nhân tạo hoặc thiết bị y tế. PENG gồm các thành phần sau:
- Vật liệu áp điện: Thường làm bằng kẽm oxit (ZnO) dưới dạng các sợi nano cực mỏng. Chất ZnO được chọn vì tính áp điện cao, dễ chế tạo và thân thiện với môi trường.
- Điện cực: Đặt ở hai đầu của vật liệu áp điện là hai lớp điện cực để thu thập điện tích sinh ra. Để có độ dẫn điện tốt thì điện cực thường làm từ vàng, bạc hoặc graphene.
- Lớp nền: Là một lớp vật liệu có tính dẻo như polymer hoặc chất bán dẫn, giúp máy phát nano uốn cong được và dễ tích hợp vào thiết bị đeo hơn.
- Lớp bảo vệ: Bao bọc quanh vật liệu áp điện là một lớp màng mỏng làm bằng Silic oxit (SiO₂) hoặc polymer, có vai trò che chắn những sợi nano mong manh trước môi trường bên ngoài.
Nguyên lý hoạt động
Với máy phát điện PENG, đầu tiên khi một lực cơ học như ấn ngón tay xuống, rung động, hoặc sự uốn cong được tác dụng lên vật liệu áp điện (các sợi nano bằng ZnO) thì cấu trúc của vật liệu bị biến dạng. Sự biến dạng này làm dịch chuyển các ion trong sợi nano, gây ra sự phân cực điện tích và dẫn đến việc xuất hiện của các điện tích trái dấu trên hai bề mặt của vật liệu.
Tiếp đó các điện cực ở hai đầu vật liệu áp điện sẽ thu thập các điện tích này và tạo ra dòng điện siêu nhỏ. Sau đó dòng điện được truyền qua mạch ngoài hoặc lưu trữ trong tụ điện để cấp năng lượng cho các thiết bị nhỏ. Quá trình này diễn ra liên tục khi có tác động cơ học như chuyển động của cơ thể, gió, hoặc sóng âm. Nhờ vậy mà nanogenerator trở thành một nguồn năng lượng có thể tự duy trì.
Các dây nano bằng kẽm oxit trong máy phát điện PENG
Các loại máy phát điện nano
- Máy phát điện áp điện (PENG): Sử dụng hiệu ứng áp điện từ các vật liệu như ZnO, PZT (chì zirconat titanat) hoặc Bari titanat (BaTiO₃). Loại này phù hợp cho các ứng dụng cần năng lượng từ rung động cơ học chẳng hạn cảm biến đeo trên cơ thể.
- Máy phát điện ma sát (triboelectric, hay TENG): Dựa trên hiệu ứng điện ma sát: khi hai vật liệu khác nhau chà xát lên nhau thì sẽ tạo ra điện tích. Đó là do các electron được truyền từ vật liệu này sang vật liệu khác thông qua tiếp xúc chà xát, tạo sự khác biệt về điện thế giữa 2 bề mặt. TENG thường sử dụng vật liệu polymer như Teflon và kim loại. Nó phù hợp cho các ứng dụng có quy mô lớn hơn như thu năng lượng từ sóng biển hoặc chuyển động của quần áo.
Cấu tạo đơn giản của máy phát điện ma sát
- Máy phát điện nhiệt điện (Thermoelectric, hay TEG): Máy nầy chuyển đổi sự chênh lệch nhiệt độ thành điện năng. Nó dùng các vật liệu như bismuth telurua (Bi₂Te₃) hoặc hợp kim bán dẫn silicon germani (SiGe). Chúng hữu ích trong các thiết bị cấy ghép y tế nhờ tận dụng thẳng nhiệt độ cơ thể.
Ứng dụng thực tiễn
Quảng cáo
Máy phát điện nano có tiềm năng tích hợp rộng rãi vào các thiết bị điện tử. Trong y tế, chúng có thể cấp năng lượng cho thiết bị cấy ghép như máy điều hòa nhịp tim hoặc cảm biến theo dõi mức đường glucose trong máu mà không cần thay pin. Thậm chí nó còn gắn được cả vào băng gạc.
Các thiết bị đeo như smartwatch, kính thực tế tăng cường (AR) hoặc vải thông minh có thể sử dụng nanogenerator để tự cấp năng lượng từ chuyển động của người dùng. Ngoài ra chúng cũng có thể cung cấp năng lượng cho các cảm biến môi trường (nhiệt độ, áp suất, độ ẩm) trong hệ thống Internet vạn vật (IoT).
Băng gạc tích hợp máy phát điện nano
Các thiết bị tí hon này cũng gặp không ít thách thức như công suất rất thấp mà hiện chỉ đạt từ microwatt đến milliwatt, chi phí sản xuất cao và độ bền của vật liệu nano trong môi trường khắc nghiệt (như cơ thể người) cần được cải thiện.
Một số công ty đang nghiên cứu việc tăng công suất và đồng thời sử dụng vật liệu "xanh" hơn như polymer sinh học thay thế chì trong PZT. Đặc biệt công nghệ in 3D nano cũng giúp giảm chi phí sản xuất. Thị trường này được dự báo đạt 1 tỷ USD vào năm 2030 nhờ nhu cầu về thiết bị đeo và IoT tăng cao. Trong tương lai chúng hứa hẹn sẽ thay đổi cách chúng ta sử dụng năng lượng trong đời sống hàng ngày.
Khóa học Machine Learning cơ bản- Khoa học dữ liệu - AI 
==***==
Khoá học Quản trị Chiến lược Dành cho Lãnh đạo Doanh nghiệp
==***==
Nơi hội tụ Tinh Hoa Tri Thức - Khơi nguồn Sáng tạo
Để tham gia khóa học công nghệ truy cập link: http://thuvien.hocviendaotao.com
Mọi hỗ trợ về công nghệ email: dinhanhtuan68@gmail.com
---
Khóa học Hacker và Marketing từ A-Z trên ZALO!
Khóa học Hacker và Marketing từ A-Z trên Facebook!
Bảo mật và tấn công Website - Hacker mũ trắng
KHÓA HỌC LẬP TRÌNH PYTHON TỪ CƠ BẢN ĐẾN CHUYÊN NGHIỆP 
Khóa học Lập trình Visual Foxpro 9 - Dành cho nhà quản lý và kế toán 
Khóa học hướng dẫn về Moodle chuyên nghiệp và hay Xây dựng hệ thống đào tạo trực tuyến chuyên nghiệp tốt nhất hiện nay. 
Khóa học AutoIt dành cho dân IT và Marketing chuyên nghiệp 
Khoá học Word từ cơ bản tới nâng cao, học nhanh, hiểu sâu 
Khóa học hướng dẫn sử dụng Powerpoint từ đơn giản đến phức tạp HIỆU QUẢ 
Khóa học Thiết kế, quản lý dữ liệu dự án chuyên nghiệp cho doanh nghiệp bằng Bizagi 
Khóa học Phân tích dữ liệu sử dụng Power Query trong Excel 
Khóa học Lập trình WEB bằng PHP từ cơ bản đến nâng cao 
Khóa học Phân tích dữ liệu sử dụng SPSS - Chìa khóa thành công!
Khóa học "Thiết kế bài giảng điện tử", Video, hoạt hình kiếm tiền Youtube bằng phần mềm Camtasia Studio 
Khóa học HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ VIDEO CLIP CHO DÂN MARKETING CHUYÊN NGHIỆP 
HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ QUẢNG CÁO VÀ ĐỒ HỌA CHUYÊN NGHIỆP VỚI CANVA Hãy tham gia khóa học để trở thành người chuyên nghiệp. Tuyệt HAY!😲👍 
GOOGLE SPREADSHEETS phê không tưởng 
Hãy tham gia khóa học để biết mọi thứ
Khóa học Ba, Mẹ và Bé - Cùng bé lập trình TUYỆT VỜI
Khóa học sử dụng Adobe Presenter-Tạo bài giảng điện tử 
Để thành thạo Wordpress bạn hãy tham gia khóa học 
Khóa học sử dụng Edmodo để dạy và học hiện đại để thành công 
==***== Bảo hiểm nhân thọ - Bảo vệ người trụ cột 
Cập nhật công nghệ từ Youtube tại link: congnghe.hocviendaotao.com
Tham gia nhóm Facebook
Để tham gia khóa học công nghệ truy cập link: http://thuvien.hocviendaotao.com
Mọi hỗ trợ về công nghệ email: dinhanhtuan68@gmail.com
Bảo mật và tấn công Website - Hacker mũ trắng
KHÓA HỌC LẬP TRÌNH PYTHON TỪ CƠ BẢN ĐẾN CHUYÊN NGHIỆP
Khóa học AutoIt dành cho dân IT và Marketing chuyên nghiệp
Khoá học Word từ cơ bản tới nâng cao, học nhanh, hiểu sâu
Khóa học hướng dẫn sử dụng Powerpoint từ đơn giản đến phức tạp HIỆU QUẢ
Khóa học Thiết kế, quản lý dữ liệu dự án chuyên nghiệp cho doanh nghiệp bằng Bizagi
Khóa học Phân tích dữ liệu sử dụng Power Query trong Excel
Khóa học Lập trình WEB bằng PHP từ cơ bản đến nâng cao
Khóa học Phân tích dữ liệu sử dụng SPSS - Chìa khóa thành công!
kiếm tiền Youtube bằng phần mềm Camtasia Studio
Khóa học HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ VIDEO CLIP CHO DÂN MARKETING CHUYÊN NGHIỆP
HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ QUẢNG CÁO VÀ ĐỒ HỌA CHUYÊN NGHIỆP VỚI CANVA
Hãy tham gia khóa học để trở thành người chuyên nghiệp. Tuyệt HAY!😲👍
GOOGLE SPREADSHEETS phê không tưởng
Hãy tham gia khóa học để biết mọi thứ
Khóa học Ba, Mẹ và Bé - Cùng bé lập trình TUYỆT VỜI
Khóa học sử dụng Adobe Presenter-Tạo bài giảng điện tử
Để thành thạo Wordpress bạn hãy tham gia khóa học
Khóa học sử dụng Edmodo để dạy và học hiện đại để thành công
==***==
Bảo hiểm nhân thọ - Bảo vệ người trụ cột
Tham gia nhóm Facebook
Để tham gia khóa học công nghệ truy cập link: http://thuvien.hocviendaotao.com
Mọi hỗ trợ về công nghệ email: dinhanhtuan68@gmail.com
Nguồn: Tinh Tế
Topics: Công nghệ mới
