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조지아 공대의 Zhong Lin의 왕 뉴 파워 제너레이션 과학 조심 ® 회보 인터뷰 |
그것은 자동차 산업의 초기 몇 년간, 그리고 기술적으로 정통한 기술자와 기업의 세계 각지의 상상 발전기를 만드는 데 필요한 첫 번째 놈들을 몰아 내야하지 않고 승용차, 버스, 트럭, 오토바이, 모든 다른 생각할 수있는 동력 자동차를 만들 밖으로 설정됩니다. 그건 나노기술 산업왔다 상황이 시작된 이래, 설계 및 나노 센서, 디바이스의 호스트의 제조에 만들어 놀라운 발전, 그리고 극소 전자 기계 시스템으로 알려져있습니다, 소형 전원 - nanogenerators 개발을 처음으로 귀찮게하지 않고 - 그들 전원이 필요합니다. |
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2 년 전 나노 기술에서 중요한 차이가 해결되었을 때 조지아 공대의 Zhong Lin의 왕 과학 기사 전기에 환경에서, 진동, 기계 또는 유압 에너지로 변환하는 잠재력을 제공하는 압전 nanogenerators의 생성을 설명하는 출판 전원 nanodevices합니다. 왕 신문 (ZL 왕, JH 노래, 과학, 312 [5771] : 242-6, 2006), 화학 톱 10, 그냥 2 년 반 동안 그리고 물론 200 개 이상의 인용을 따지에서 경기가 된 왕의 놀라운 계속 실행 영향력있는 나노기술의 연구 분야에서합니다.
"장치를 혼자"충분하지 않습니다 Zhong Lin의 왕 조지아 공대 말했습니다. "우리는 무엇이 필요 자체 나노 구동." |
왕 또한 원래의 직접 측정에 선구적인 작업에 대한 크레딧을 취할 수 및 나노튜브, nanobelts 조작에 산화물 반도체의 사용 및 기타 나노 구조 nanostructures. 2002 왕은 이미 톱 25에 가장 나노기술에서 10 년간 저자 인용, 인용 이상 2,100 산화물 반도체의 nanobelts 얻고 자신의 2001 년 사이언스 논문과 () 인접한 테이블, 종이 # 1 볼 위에 올랐다. 50 개 이상의 왕이 간행물의 이상 등이 거론되고있다 각각 100 배, 그리고 전반적인 인용문을 계산 23,000 초과는 H와 - 72의 인덱스입니다. 한편, 뜨거운 논문 데이터베이스가 최신 격월 파일의 세 왕의 최신 논문이 이미 종이 # 3의 최신 화학 톱 10 열에 데뷔를 포함한 밝아 보여 주목을 끌고있다 명에게서 왕 화학 주식 특파원 존 Emsley와 함께 몇 가지 생각 .
왕, 47, 그의 과학 학사 학위를 취득 1982 년 노스 웨스트 항공 통신 공학 연구소 (지금 Xidian 대학) 서안, 중국에서 1982 년이 입수했다. 그 후 미국에 와서 물리학 애리조나 주립 대학에서 1987 년 박사 학위를 받았다. 향후 8 년 동안 왕, 뉴욕 주립대 스토니 브룩에서 일하는 유명한 캐빈 디쉬 연구소에서 캠브리지 대학에서, 오크 리지 국립 연구소와 소요 학파의 연구에 살던 존재 국립 표준 기술 연구소있습니다. 1995 년, 왕 조지아 공대, 어디 지금 대학 공학부의 저명한 교수가 합류했다.
| 왕 과학 조심 ® 애틀랜타에있는 그의 사무실에서 말했다. |
그것은 1990 년대 후반까지 당신이 나노기술 작업을 시작하지했다. 왜 당신이 그때까지 일하고, 어떤 스위치를 묻는 메시지가 있었어?후 애리조나 주립대에서 1987 년에 졸업하고, 내가 전자의 기초 물리학 고체 상호 작용, 어서 오랜 시간에 대한 탄성 및 탄성 산란 이론을 주로 일했다. 또한 표면에 참여했습니다 - 반사 전자, 어느 내가 1996 년에 쓴 책을 주제의 이미지를 분석. 또한 높은 온도 superconductors에서 오랜 시간 근무. 나 때문에 특히 높은 될거 아니었다 영향을 내가 일하는 이론의 한계 - 우리가 무엇을 개발한 걸 알게 나노기술로 전환하기로 결정, 그리고 완벽하게 내 모든 장점을 활용할 수있는 새로운 영역을 찾을 필요가 그리고 어디로 상당한 영향을 미칠 수도있습니다. 그 날 나노기술에 전체 시간이 많아. 왜냐면 전송 전자 현미경과 학생으로, 항상 원자를 찾는 일을했고 표면에 아주 작은 스케일에서, 나노기술을 선회 자연 선택의 여지가있다.
어떻게 첫 번째 필드에 접근 했지? 뭐 처음 일을 했어?
내가 처음으로 1995 년, 사람들은 그냥 자기 일을하려면 나노입자의 조립, 금색, 은색 등 금속성 입자, 그래서 내가 그 일을 시작했다 시작했다. 자기의 형상 제어에 근무 나노입자 조립 및 탄소 나노튜브에 대한, 그리고 방법을해라라는 나노 측정, 이는 내가 전송 전자 현미경 내부의 시편 홀더에 수도에 직접 이미지를 나노튜브의 이러한 나노튜브를 넣겠다는 뜻 개발 자체 동안 다양한 물리적 성질을 측정. 연구팀은 시간을 측정하고 많은 실제로 그들이 무엇을 측정하고, 볼 수 있도록 오로지 그들의 모델을 가정의 관점에서 설명할 수있습니다. 내가 직접 확인할 수있는 구조를 직접적인 물리적 특성을 측정하는 제 기법. 저기 하나이었습니다 구조와 속성 사이에는 일대일 대응. 이 작품은 과학 출판 이후 진화 연구의 전체 필드에 - 원래의 나노 - 역학. 1997 ~ 2000 년 사이에 내 주요 노력, 비록 우리가 아직도 내 연구실에서 뭐하는거야,하지만 우리의 노력이 지금의 작은 부분 밖에.
왜 2000 년에 이렇게 근본적으로 당신의 연구 방향을 변경하는 일이 있었죠?
저는 탄소 나노튜브에 3 ~ 4 년 동안 내가 얼마나 그들이 전자 제품에 대한 어려움을 사람들은 나노튜브의 chirality 제어가 고려 사용될 거라고 많이 궁금해하기 시작하고 였읍니다. 나노 금속 될 수도 있고 아니면 그들이 반도체 될 수 있으며,이 chirality에 따라 수 있으며, 일반적으로 그것은 무작위로 될 것이라고 그들이 어느 길로 가야합니다. 오늘날에도 사람들과 어울리는데 어려움있다. 그래서 생각해 보니, 왜 산화물을 사용하여 시작하지? 궁극적으로, 내 업무의 대부분 산화 아연에 집중했다.
무슨 산화물이 나노 구조 및 장치를 위해 이러한 이상적인 화합물을 만들어 특히 산화 아연 그것에 대해 무엇입니까?
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산화물은 매우 흥미로운 특성을 가지고있습니다. 첫째, 그들은 잘 왔습니다 구조를 제어. 산화물 반도체, 그것을 압전이지 그것이 전기 신호와 반대로 기계적인 신호로 변환 용량 및 그것 잘 제어 형태, 오리 엔테이션 및 구조를 의미합니다. 그래서 애플 리케이션의 많은 정말 쉽게 할 수있습니다. 8 년 동안 우리는 지금, 특히 유용한 몇 가지 속성을 가지고있습니다상에서 초점을했습니다 산화 아연, : 그것을 광학적으로 투명하고, 넓은 밴드 갭 반도체. 두 번째 장점은 반도체와 압전, 그래서 당신은 에너지를 전송하는 데 사용할 수있습니다. 그리고 세 번째 장점은 당신이 그것의 낮은 온도에서 50 ° ~ 80 ° 섭씨 nanostructures 만들 수있습니다. 당신은 기판의 어떤 모양 비커 화학 물질이 소재 성장할 수있습니다. 그리고 그것은 생물학적으로 호환이 가능하다 - 그것 바이오 안전합니다. 환경 아무 부작용이있습니다. 그것은 녹색 물질. 넌 가만히이 함께, 그리고 당신은 매우, 매우 창조적인 작업을 많이하는 데 필요한 모든 속성이 있어요.
만약 그들이 정말 유용한데 왜 다른 사람 산화물에서 작동하지 않던 가요?
모두가 탄소 나노튜브에서 근무했다. 넌 용기가 뭔가 완전히 새로운 귀하의 포커스를 이동해야했다. 우리는 완전히 우리가이 작업을 시작 탄소 나노튜브를 왼쪽으로.돌이켜보면, 우리는 분명히 있지만, 올바른 결정을 이미 확실하게 시간에 그것을 알 방법이 전혀 없었습니다.
어떻게 nanogenerators과 자기에 대한 아이디어 nanodevices 전원에 왔지?
우리는 산화 nanobelts에 nanowire 성장에 기초 과학을 이해하려고 노력했다. 그렇다면, 2004 년, 내가 다이 실종에 대해 생각했다. 우리는 모든 종류의 nanostructures - 모두가 만드는 Nanomaterials, nanodevices 성장이 극히 작은 장치,하지만 우리가 어떻게 그들이 전력을합니까? 어디에 이러한 장치에 대한 극히 작은 전력 소스는? 어쩌면 우리 스스로가 어떻게 빌드하려면 nanodevices 전원 알아낼해야합니다. 그래서 환경에서 우리가 어떻게 수확이 장치의 전력 에너지가? 어쩌면 우리가 유일한 장치를 세우지 않는 게 좋겠지만, 에너지를 제공합니다. 오랜 기간 동안, 장치는 혼자가 충분하지 않습니다. 우리는 무엇이 필요 자체 나노 구동. 그건 내 비전했다.
좋아, 그 비전은. 당신은 그것에 대해 어떻게 현실로 만들어 가야합니까?
당신은 무엇을 에너지로 변환될 수있는보고에 의해 시작합니다. 왜 나노기술의 장점? 작은 크기, 적은 소비 전력. 어떤 에너지의 근원이 우리에게 사용할 수 있습니까? 저기 태양 에너지 있지만, 애플 리케이션이 많이 필요한 태양 전지 패널 태양 에너지를 변환하는 생물 학적 시스템, 실내, 또는 다른 장소에서 태양 안에있는 옵션이없습니다. 그럼 어때요 기계적 에너지? 사물의 많은 기계적 에너지를 생성합니다. 우리에 대해 음의 파도 이야기, 그것들은 기계적 에너지를 받는다. 걷자. 내 발 걸음이다 기계적 에너지를 받는다. 심장 박동이 기계적 에너지를 받는다. 근육 스트레칭이다 기계적 에너지를 받는다. 공기의 흐름이 기계적 에너지를 받는다. 교통 소음. 귀하의 에어 컨디셔너를 읽어봐. 커튼의 움직임. 모두가 기계적 에너지를 받는다. 우리가 전기 에너지로 변환할 수 있나요? 그건 내 생각 이었어. 그래서 첫 번째 질문이 가능했다 :? 만약 우리가 단일 nanowire 구부로 변환할 수있습니다 우리가 강제로 원자 현미경, AFM를 사용하여 2005 년, 난 내 학생들에게 물었 더니, 전기 전력으로 절곡? 우리는 산화 아연이 압전 효과가 알아. 그래서 우리는이 AFM 및 단일 아연 산화물 nanowire를 사용하여 보여줄 수 있습니까?
그것은, 확실히 효과.
바로 그거야. 우리는 과학 2006 년 (312 [5771] : 242-6, 2006)이 발표했다. 우리 nanowire 밀어 AFM 사용되는 단일 와이어 3-12 millivolts의 전압 출력은 있어요. 그건 많이했지만 이렇게 큰 전선이 아닌 가요? 직경, 길이 2 미크론에서 30 나노미터. 이것은 첫 번째 단계입니다. 이 유용하게 다음 단계를 향해 수백만 달러를 만들려고했던, 나노 와이어로 수십억의 에너지를 변환합니다. 그리고 우리는 AFM을 제거하기 위해서는 vivo에서이 기술을 적용하여 싶었지. 우리는 초음파 또는 기계적 에너지를 제공하기 위해 어떤 방법을 사용하여 간접적으로 싶었어요. 노력의 올해 이러한 문제를 해결, 우리는 2007 년 과학 우리 옆에있는 큰 종이를 발표했다. [참고 : 위에서 언급한 바와 같이, 현재 # 3 화학 톱 10.] 우리 AFM 팁을 교체에 전극을 지그재그로 사용, 우리가 지금 v를 가지고 여러 모양의 전극으로, 지그재그로 모양을 만들고있어. 그리고 그 수백, 수천 개의 나노 와이어로 만드는, 그래서 우리는 바로이 기술이 최대 크기를 줄일 수있습니다 설정한 전기를 생성합니다.
당신이 우리 기술을 2008 년경 상태를 설명할 수 있습니까?
우리는 초음파 웨이브 nanogenerator 구동과 함께 작업했다. 우리가 섬유를 사용, 우리는 섬유 이러한 나노 와이어 성장, 섬유 섬유, 그리고 다른 상대로 한 섬유 브러쉬, 우리는 전기 시체 운동 에너지를 변환합니다. 저 낮은 주파수에서 타겟의 헤르츠의 커플. 우리는 자연에서 (부터 Y. 진 외 다수., 자연,451 (7180)이 출판이 작품은, : 809-13, 2008에 대한 우리가 가지고 엄청난 홍보).
어떤 작업 기술을 응용 프로그램이 및 번역을 할 수있다?
우리가 지금 할 일은 전압이 nanogenerator와 인상을 생성할 수있습니다. 만약 우리가 같은 30 볼트의 전압에 도달할 수 소수, 정말 도움이 될 수있습니다. 우리는 3 차원 nanogenerators로 통합하려는 : 하나의 레이어에 충분하지 않습니다. 그럼 어떻게 10 또는 20? 우리는 전압과 전류를 높일 수 있죠.우리는 또한이 생물 학적 시스템에 통합할 수, 혈액의 흐름, 음의 파도 소리, 바람, 사용하는 전기를 생성하는 근육을 사용하려고합니다.
얼마나 가까이에 필요한 볼트의 절반은 당신이 지금하는 거지?
우리는 10 millivolts, .001 볼트를 시작했다. 우리는 100의 요인에 의해, 그래서 우리는 현재 약 .1 볼트에있어이 증가했습니다. 우리의 목표는 .3 또는 1.4 볼트입니다. 만일 우리가 우리가 암 등과 같은 생물 학적 센서, 감지 센서, 혈당 측정 센서를 위해 사용할 수있는 화학 센서의 다른 종류를 확인할 수있습니다.
여러 번, 그리고 산화물 압전 속성을 언급했습니다 무슨 "piezotronics"당신의 연구의 주요 초점입니다 전화. 무엇이며 어떤 역할을 재생할 수 없거나 piezotronics이며 나노기술 재생할 것인가?
이것은 내가 지금 만든 또 다른 분야이다. AFM, 철사의 한쪽과 나노 와이어 벤딩에서 내 작품 상당량이됩니다 인장 및 인장 표면이 긍정적인 압전 가능성이있다. 반대쪽 압축 및 부정적인 압전 가능성이있다, 그래서 거기에 잠재적인 드롭의 전선에 걸쳐. 이것은 게이트 전류를 게이트 전압 트랜지스터를 통해 검색할 수있습니다. 그래서 지금은 현장 압전 효과 트랜지스터, 압전 다이오드를 구축할 수있습니다. 대신 다이오드 할 고전 반도체 pn 접합을 사용하여, 우리가 지금 압전 교차로 사용할 수있습니다. 이러한 장치는 무력이나 압력을 트랜지스터 또는 다이오드 트리거를 사용합니다. 이제, 스트레인을 트랜지스터 또는 매우 기계적 강제 변형에 민감합니다 다이오드있다. 그것은 새로운 전자 부품이.왜 당신을 위해 그것을 어떻게 사용합니까? 당신이 사용하는 결합 압전 및 반도체 성질. 전통적으로 이러한 두 가지 분야입니다. 반도체 및 장치 piezeoelectric 다른 두 가지있습니다. 지금은 하나의 장치로, 아연을 사용하여 그들을 결합 산화물이 목표를 달성하는 나노 와이어. 우리는 지금 이러한 장치를 측정 계통 근육 계통, 건물, 구조를 만들 수있습니다. 내가 piezotronics 전화.
5 년의 시간이 있음, 무엇을 실제 응용 프로그램이 귀하의 연구에서 신흥 만날까요?
5 년 전 자신을 드라이브 nanogenerator 수있는 에너지 활용 및 전력 작은 장치를 작은 단위 스스로 작동할 수있는 환경에서, 수확 에너지를 제공할 수 있도록하고자 무선, 원격 조작, 지속. 당신이 원하는 어떤 애플 리케이션을위한 장치를 사용할 수있습니다. 그건 불가능합니다. 나는 또한 5 년, 작은 생물 센서 등등 희망은 근육의 운동과 전력을 자체에서 에너지를 수확한다. 5 년 동안, 난 작은 변환기, 센서, 압력과 힘을 측정할 수있는 piezotronics를 기반으로 제공할 수 있어야합니다. 사실, 난 할 수있어 아마도 2 년간이다. 긴 안목으로 보면, 내가 진실로 자신의 필드에 piezotronics을 만들고 싶어. 난 완전히 nanogenerators 사람들이 많은 응용 프로그램을 많이 유용을 만들고 싶어. 
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2008 : December 2008 - Author Commentaries : Zhong Lin Wang
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Two years ago that critical gap in the technology of nanotechnology may have been solved when Georgia Tech’s Zhong Lin Wang published an article in Science describing the creation of piezoelectric nanogenerators that offered the potential of converting mechanical, vibrational, or hydraulic energy from the environment into electricity for powering nanodevices. Wang’s paper (Z. L. Wang, J.H. Song, Science, 312[5771]: 242-6, 2006), became a fixture in the Chemistry Top Ten, racking up well over 200 citations in just two and a half years and continuing Wang’s remarkable run of influential research in the field of nanotechnology.
Wang can also take credit for pioneering work in direct in situ measurements of nanostructures and the use of semiconducting oxides in fabricating nanotubes, nanobelts, and other nanoscale structures. By 2002 Wang was already ranked in the top 25 most-cited authors of the decade in nanotechnology, with his 2001 Science paper on nanobelts of semiconducting oxides garnering over 2,100 citations (see adjoining table, paper #1). More than 50 of Wang’s publications have been cited over 100 times each, and his overall citation count exceeds 23,000, with an h-index of 72. Meanwhile, the latest bimonthly file of the Hot Papers Database reveals that three of Wang's newer papers are already attracting heightened attention, including a paper debuting at #3 in the latest Chemistry Top Ten column, wherein Wang shares a few thoughts with chem correspondent John Emsley. Wang, 47, obtained his bachelor’s of science degree in 1982 at the Northwest Telecommunication Engineering Institute (now Xidian University) in Xi’an, China in 1982. He then came to the U.S. and received his doctorate in physics from Arizona State University in 1987. For the next eight years, Wang lived a peripatetic research existence, working at SUNY Stony Brook, at the famous Cavendish Lab at the University of Cambridge, at Oak Ridge National Laboratory, and the National Institute of Standards and Technology. In 1995, Wang joined Georgia Tech, where he’s now a distinguished professor in the College of Engineering.
 It wasn’t until the late 1990s that you started
working on nanotechnology. What were you working on until then, and what
prompted the switch?
After I graduated from Arizona State in 1987, I worked for a long time on the fundamental physics of electron-solid interactions, mostly on elastic and inelastic scattering theory. I was also involved in surface-image analysis of reflected electrons, a topic on which I wrote a book in 1996. I also worked for a long time on high-temperature superconductors. I decided to switch to nanotechnology because I realized the limitation of the theory I was working on—that what we'd developed was not going to be particularly high-impact, and I needed to find a new area that could fully utilize all my strengths and where I might have a significant impact. That got me full-time into nanotechnology. Because I had worked as a student with transmission electron microscopy, always looking at atoms and surfaces at very small scales, turning to nanotechnology was a natural choice.
When I first started in 1995, people were just beginning to work on the self-assembly of nanoparticles—metallic particles of gold, silver, etc., so I worked on that. I worked on shape control of self-assembled nanoparticles and on carbon nanotubes, and I developed a method called in situ nano-measurement, which means that I put these nanotubes on a specimen holder inside a transmission electron microscope and could then directly image the nanotube itself while measuring its various physical properties. A lot of researchers doing measurements at the time couldn’t actually see what they were measuring, and so could only explain it in terms of the assumptions of their models. With my technique I could directly determine the structure and directly measure the physical properties. There was a one-to-one correspondence between structure and property. This work was published in Science and has since evolved into an entire field of research—in situ nano-mechanics. My major effort on that was between 1997 and 2000, although we’re still doing it in my lab, but it's now only a small part of our efforts.
I'd been working on carbon nanotubes for three or four years when I started wondering how much they’d ever be used for electronics, considering the difficulty people have controlling the chirality of nanotubes. Nanotubes can be metallic or they can be semiconductors, and this can depend on the chirality, and usually it would be random as to which way they go. Even today people have difficulty with that. So I thought, why not start using oxides? Ultimately, most of my work focused on zinc oxide.
Oxides have very interesting properties. First, they have well-controlled structures. An oxide is a semiconductor, it’s piezoelectric—meaning that it has the capacity to convert a mechanical signal to an electric signal and vice versa—and it has a well-controlled morphology, orientation, and structure. So that makes a lot of applications really easy to do. Zinc oxide, which we’ve focused on now for eight years, has some particularly useful properties: it’s an optically transparent, wide band gap semiconductor. A second advantage is that it's semiconducting and piezoelectric, so you can use it to transmit energy. And the third advantage is that you can make nanostructures from it at temperatures as low as 50° to 80° Celsius. You can grow this material in chemical beakers on any shape of substrate. And it's biologically compatible—it’s bio-safe. There are no environmental side effects. It’s a green material. You put all this together, and it's got all the properties you need to do a lot of very, very creative work.
Everyone was working on carbon nanotubes. You have to have the courage to shift your focus to something completely new. We left carbon nanotubes completely when we started working on this. In retrospect, we obviously made the right decision, but there was no way to know it for sure at the time.
We were working on oxide nanobelts, on nanowire growth, trying to understand the fundamental science. Then, in 2004, I was thinking about what’s missing in all this. We grow all kinds of nanostructures—everybody's making nanomaterials, nanodevices, these extremely small devices, but how do we power them? Where’s the extremely small power source for these devices? Maybe we should figure out how to build self-powered nanodevices. So how can we harvest energy from the environment to power these devices? Maybe we should not only make the device but provide the energy. Over the long term, the device alone is not enough. What we need is self-powered nanotechnology. That was my vision.
You start by looking at what can be converted into energy. What’s the advantage of nanotechnology? Small size, small power consumption. What sources of energy are available to us? There's solar energy, but to convert solar energy you need a solar panel, and a lot of applications are inside biological systems, or indoors, or other places where solar isn’t an option. So how about mechanical energy? A lot of things generate mechanical energy. When we talk about sonic waves, those are mechanical energy. Walking. My foot step is mechanical energy. A heart beat is mechanical energy. Muscle stretch is mechanical energy. Air flow is mechanical energy. Traffic noise. Your air conditioner blowing. Curtain movements. All are mechanical energy. Can we convert this energy to electricity? That was my idea. So the first question was: is this possible? In 2005, I asked my students, if we use an atomic force microscope, AFM, to bend a single nanowire, can we convert the bending into electric power? We know zinc oxide has this piezoelectric effect. So can we demonstrate this using an AFM and a single zinc-oxide nanowire?
That’s right. We published this in Science in 2006 (312[5771]: 242-6, 2006). We used an AFM to push a nanowire and got a voltage output of 3 to 12 millivolts from a single wire. That’s not a lot, but then how big is this wire? Thirty nanometers in diameter, 2 microns in length. This is only the first step. The next step toward making this useful was to make millions, billions of nanowires convert energy. And then we wanted to get rid of the AFM in order to apply this technology in vivo. We wanted to use ultrasonic waves or any indirect way to provide the mechanical energy. A year of effort solved those problems, and we published our next big paper in 2007 in Science. [Note: as mentioned above, currently #3 in the Chemistry Top Ten.] We used a zigzag electrode to replace the AFM tip; we now have multiple v-shaped electrodes, making a zigzag shape. And that makes hundreds and thousands of nanowires generate electricity, so we’ve immediately established that this technology can be scaled up.
We followed that work with an ultrasound wave-driven nanogenerator. We used fabric, and we grow these nanowires on fibers, textile fibers, and when one fiber brushes against another, we convert body-movement energy to electricity. That's targeted at a lower frequency, a couple of hertz. We got tremendous publicity for this work, which we published in Nature (Y. Qin, et al., Nature, 451(7180): 809-13, 2008).
What we have to do now is raise the voltage that we can generate with this nanogenerator. If we can reach fractional volts, like half a volt, it can become really useful. We also want to integrate them into three-dimensional nanogenerators: one layer is not enough. So how about 10 or 20? That way we can raise the voltage and current. We can also integrate this into biological systems—try to use muscles to generate electricity, to use blood flow, sonic waves, noises, wind.
We started at 10 millivolts, .001 volts. We’ve increased it by a factor of 100, so we’re now at about .1 volts. Our goal is .3 or .4 volts. If we can get there we can use it for biologic sensors, such as cancer-detection sensors, blood-sugar measurement sensors, and other kinds of chemical sensors.
This is another field I’ve now created. In my work on bending nanowires with an AFM, one side of the wire is stretched—tensile—and this tensile surface has a positive piezoelectric potential. The other side is compressed and has a negative piezoelectric potential, so across the wire there's a potential drop. This can serve as a gate voltage to gate current through a transistor. So now I can build piezoelectric field-effect transistors, a piezoelectric diode. Instead of using a classic semiconductor p-n junction to make a diode, we can now use a piezoelectric junction. These devices use force or pressure to trigger a transistor or a diode. Now you have a transistor or a diode that is very sensitive to mechanical force deformation, to strain. It’s a new electronic component. What do you use it for? You use the coupled piezoelectric and semiconductor properties. Traditionally these are two different fields. Semiconductors and piezeoelectric devices are two different things. I’ve now combined them into one device, using zinc-oxide nanowires to achieve this objective. We can now make these devices to measure strains—strains in muscles, in buildings, in structures. I call it piezotronics.
In five years I want to be able to provide a nanogenerator
that can harness energy and power tiny devices—little units that can operate
themselves, harvest energy from the environment, drive themselves, and operate
wirelessly, remotely, sustainably. Devices you can use for whatever applications
you desire. That should be possible. I also hope, in five years, to furnish
little biological sensors that will harvest energy from muscle movement and
power themselves. In five years, I should be able to provide tiny transducers,
sensors, based on piezotronics that can measure pressure and force. Actually, I
can probably do that in two years. In the long run, I want to make piezotronics
truly into a field of its own. I want to make nanogenerators fully useful for a
lot of people and a lot of applications. Related Information: read a Fast Breaking Paper, and two Fast Moving Front commentaries from Zhong Lin Wang 1 ¦ 2. Keywords: Zhong Lin Wang, Georgia Institute of Technology, Georgia Tech, nanotechnology, nanowires, piezotronics, nanogenerator, biosensors. | ||||||||||||||||||||||||||||||||
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