Stromerzeugung 22.02.2021, 16:39 Uhr

Neuer Piezokristall für tragbare Elektronik

Forscher der Singapurer Nanyang Technological University haben einen piezoelektrischen Kristall entwickelt, der eine Stromerzeugung auf Knopfdruck ermöglicht und in diversen elektronischen Geräten zum Einsatz kommen könnte.
Kristalle bilden sich, wenn die Flüssigkeit verdampft
(Quelle: NTU )
Den mit weitem Abstand leistungsfähigsten piezoelektrischen Kristall haben Forscher an der Singapurer Nanyang Technological University (NTU) entwickelt. Er ist 40 Mal flexibler als ein herkömmlicher Kristall dieser Art, wenn eine elektrische Spannung angelegt wird. Umgekehrt erzeugt er sehr viel mehr Strom, wenn er verbogen wird. Zum einen lässt er sich als Aktuator verwenden, etwa zum Öffnen und Schliessen eines Ventils, zum anderen als Stromversorger von tragbaren Kleingeräten.

Kristalle bilden sich selbstständig

Eingebaut in eine Schuhsohle, erzeugt der Aktuator bei jedem Schritt Strom. Das neue Material ändert seine Form unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes um 22 Prozent. Das ist ein Quantensprung, denn herkömmliche Piezoelektrika schaffen nur 0,5 Prozent. Fan Hong Jin und sein Team modifizierten einen Kristall mit piezoelektrischen Fähigkeiten, der Kohlenstoff, Wasserstoff, Sickstoff, Cadmium und Chlor enthält, indem sie einige der Chloratome durch Brom ersetzten.
Beide sind etwa gleich gross, sodass der Austausch nicht schwierig war. Die Bromatome schwächen die Bindungen zwischen den Molekülen, sodass der daraus entstehende Kristall flexibler ist als das ursprüngliche Material. Der Prozess findet in einer Lösung statt. Die Kristalle bilden sich selbstständig, wenn die Flüssigkeit verdampft. Piezoelektrische Materialien werden unter anderem in Lautsprechern, Sensoren und Elektromotoren verwendet. In einer E-Gitarre etwa wandeln sie die Schwingungen der Saiten in elektrische Signale um, die verstärkt und in Lautsprecher eingespeist werden.

Strom für das Internet der Dinge

«Wir glauben, dass wir die Leistung des Kristalls noch steigern können, indem wir die chemische Zusammensetzung optimieren», so der Physiker. Gerade im beginnenden Zeitalter des Internets der Dinge könne das Material herausragende Bedeutung erlangen. In Fabriken und Haushalten werden immer mehr Sensoren eingesetzt, die eine intelligente Steuerung und Überwachung ermöglichen. Sie könnten statt von Batterien in vielen Fällen von piezoelektrischen Kristallen mit Strom versorgt werden, die beispielsweise die Vibrationen von Maschinen in elektrischen Strom verwandeln.

Autor(in) Wolfgang Kempkens, pte



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