Nanotechnology Now – Pressemitteilung: 900,000 US-Dollar für die Optimierung von Graphen-Energiegewinnungsgeräten vergeben: Das Engagement der WoodNext Foundation für den UOfA-Physiker Paul Thibado wird zur Entwicklung von Sensorsystemen verwendet, die mit sechs verschiedenen Stromquellen kompatibel sind

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Paul Thibado

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Universitätsbeziehungen

Abstract:
Paul Thibado, Physikprofessor an der U of A, erhielt eine Zusage in Höhe von 904,000 US-Dollar von der WoodNext Foundation, die von der Greater Houston Community Foundation verwaltet wird. Der fünfjährige Zuschuss wird Thibados Entwicklung von Graphen-Energieerntegeräten unterstützen.

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900,000 US-Dollar für die Optimierung von Geräten zur Energiegewinnung aus Graphen: Das Engagement der WoodNext Foundation für den UofA-Physiker Paul Thibado wird für die Entwicklung von Sensorsystemen verwendet, die mit sechs verschiedenen Stromquellen kompatibel sind

Fayetteville, AR | Gepostet am 12. Januar 2024

„Wir haben erfolgreich ein Verfahren zum Bau von Graphen-Energiegewinnungsgerätestrukturen entwickelt“, sagte Thibado, „aber aktuelle Strukturen gewinnen nicht genug Strom.“ Dieser Vorschlag wird es uns ermöglichen, diese Strukturen zu optimieren, um Nanowatt an Leistung zu gewinnen, was genug Energie ist, um Sensoren zu betreiben.“

Thibado und seine Kollegen werden die Graphen-Energiegewinnungstechnologie (GEH) für die folgenden Energiequellen entwickeln: solare, thermische, akustische, kinetische, nichtlineare und Umgebungsstrahlung. Während jedes Gerät entwickelt wird, wird sein Team dann einen vollständigen Prototyp eines Sensorsystems rund um diese spezifische Stromquelle aufbauen.

Nancy Chan, Geschäftsführerin der WoodNext Foundation, sagte: „Wir freuen uns, Pauls Arbeit zu unterstützen. Wir glauben, dass dies ein wichtiger Schritt bei der Entwicklung saubererer Energieoptionen und ein potenziell spannender Fortschritt beim Aufbau des Internets der Dinge ist.“

Thibado wies darauf hin, dass die aktuelle Sensortechnologie auf dem neuesten Stand der Technik mit Batterien betrieben wird, die Mikrowatt (ein Millionstel Watt) Dauerleistung benötigen. Das Ziel seines Projekts ist zweifach:

Reduzieren Sie den Sensorleistungsbedarf auf Nanowatt (ein Milliardstel Watt) und
Betreiben Sie diese Sensoren mit Energie, die aus der lokalen Umgebung gewonnen wird.
Insbesondere werden diese Systeme keine Batterien enthalten, die eine begrenzte Lebensdauer haben, wodurch sie eine außergewöhnlich lange Betriebslebensdauer erreichen können – möglicherweise mehrere Jahrzehnte.

„Der massenhafte Einsatz dieser Technologie wird das Internet der Dinge weiter ausbauen“, erklärte Thibado, „das gewöhnliche Sensoren in intelligente Knoten innerhalb eines intelligenten Netzwerks verwandelt.“ Somit werden unsere Systeme Auswirkungen auf ein breites Anwendungsspektrum haben.“

Wie breit? Thibado stellt sich den Einsatz dieser Sensoren für die Produktverfolgung im Transportwesen, das Logistikflottenmanagement, die Viehbestandsverfolgung, Bodensensoren, die Überwachung des landwirtschaftlichen Klimas, die Warnung vor Überschwemmungen in der Umwelt, die Katastrophenplanung, die Atmosphärenüberwachung, die vorausschauende Wartung, die Überwachung von Herstellungsprozessen, intelligente Zähler/Netze für Versorgungsunternehmen und intelligente Städte vor Parken, Verkehrskontrolle, Stadtbeleuchtung, Abfallmanagement, Fahrrad-/Rollermanagement, Kamerasysteme, Gebäudealarmsysteme, Temperaturkontrolle, Beleuchtung, Zugang, tragbare Fitnessüberwachung, Kinderortung und medizinische Ortung. Also ziemlich breit.

Es wird erwartet, dass die Installationskosten von GEHs im Vergleich zu anderen Formen der Energieversorgung im großen und kleinen Maßstab konkurrenzfähig sein werden. Die Betriebskosten von GEH liegen jedoch bei nahezu Null, da keine Kosten für Treibstoff, Aufladung, Austausch oder Überholung anfallen. Beispielsweise könnte ein GEH-Chip in einem entfernten Temperatursensor platziert werden. Dieser Chip, ein Bestandteil seines Elektronikmoduls, macht das Gerät unabhängig von der Notwendigkeit einer externen Stromversorgung oder Batterien. Der Chip muss nicht ausgetauscht werden, da er die gleiche Lebensdauer wie andere Komponenten des Geräts hat. Mit der GEH-Technologie kann das Gerät kompakter, tragbarer und vor Stromausfällen geschützt werden.

Zusätzliche Mitarbeiter
Ein Unterpreis in Höhe von 210,000 US-Dollar geht an David Blaauw, Professor für Elektrotechnik und Informatik an der University of Michigan. Als Experte für drahtlose Sensoren mit geringem Stromverbrauch und eingebetteten Systemen wird Blaauw die Herstellung von „Michigan Micro-Mote“-Sensoren beaufsichtigen, die speziell für die nahtlose Integration in jeden Typ von U-of-A-Graphen-Energieerntemaschinen entwickelt wurden.

Blaauw wird den Stromverbrauch und den Arbeitszyklus der verschiedenen Sensoren fein abstimmen, um sie an die vom UofA-Harvester gelieferte Leistung anzupassen. Er wird außerdem eine kapazitive Energiemittelungsmethode implementieren, um kurze Zeiträume mit höherem Stromverbrauch zu unterstützen.

NTS Innovations, ein auf Nanotechnologie spezialisiertes Unternehmen, besitzt die exklusive Lizenz, GEH zu kommerziellen Produkten zu entwickeln. Das Unternehmen hat Mittel für die Patentierung, die Erstellung von Geschäftsplänen, die Suche nach Geschäftspartnern und die Kundengewinnung bereitgestellt.

Die Rolle von NTS Innovations im Verlauf des Zuschusses besteht darin, mit Kunden über Akzeptanzkriterien zu sprechen, beispielsweise über die Mindestleistungsstufen, die für die Aufnahme in Produkte erforderlich sind. Derzeit haben mehr als 60 Parteien Interesse bekundet, die Technologie zu testen und mit Thibado und seinen Kollegen zusammenzuarbeiten, um sie in ihre Anwendungen zu integrieren.

Thibado geht davon aus, dass sein Team in Zusammenarbeit mit NTS Innovations bereits im zweiten Jahr der Auszeichnung einen energieautarken GEH-Sensor der ersten Generation an interessierte Kunden senden kann, um Feedback zu erhalten.

Graphen und GEHs
Graphen wurde 2004 entdeckt und ist eine ein Atom dicke Graphitschicht. Freistehendes Graphen hat eine wellenförmige Struktur, wobei sich jede Welle als Reaktion auf die Umgebungstemperatur auf und ab bewegt.

„Je dünner etwas ist, desto flexibler ist es“, sagte Thibado. „Und bei einer Dicke von nur einem Atom gibt es nichts Flexibleres. Es ist wie ein Trampolin, das sich ständig auf und ab bewegt. Wenn man die Bewegung stoppen will, muss man es auf 20 Kelvin abkühlen.“

GEHs verwenden eine negativ geladene Graphenschicht, die zwischen zwei Metallelektroden aufgehängt ist. Wenn das Graphen hochklappt, induziert es eine positive Ladung in der oberen Elektrode. Wenn es nach unten klappt, lädt es die untere Elektrode positiv auf und erzeugt einen Wechselstrom. Da die Dioden gegeneinander geschaltet sind und der Strom in beide Richtungen fließen kann, werden durch den Stromkreis getrennte Pfade bereitgestellt, die einen pulsierenden Gleichstrom erzeugen, der Arbeit an einem Lastwiderstand verrichtet.

Über die WoodNext Foundation: Die WoodNext Foundation verwaltet die Philanthropie des Technologieinnovators und Roku-CEO/Gründers Anthony Wood und seiner Frau Susan. Ihre philanthropischen Bemühungen werden von ihrer übergeordneten Mission geleitet, den menschlichen Fortschritt voranzutreiben und Hindernisse auf dem Weg zu einem erfüllten Leben zu beseitigen. Die WoodNext Foundation gewährt Zuschüsse und Investitionen in verschiedenen Bereichen, darunter wissenschaftliche und biomedizinische Forschung, psychische Gesundheit, Obdachlosigkeit, Bildung, Naturschutz, Katastrophenhilfe und wirtschaftliche Chancen, wobei der Schwerpunkt auf der Bekämpfung der Grundursachen liegt.

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Kontakte:
Pressekontakt

Hardin Young
Universität von Arkansas
Büro: 479-575-6850
Expertenkontakt

Paul Thibado
Universität von Arkansas
Büro: 479-575-7932

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