På en glasplade fletter gyldne metalfingre sig ind i hinanden. De er dækket af et tyndt lag polymerplast. På den ene side af glaspladen ligger en dråbe. Pladen vippes op i den ene ende. Dråben løber ned over plastfilmen, på tværs af de gyldne flettefingre.
Hvordan kan sådan noget lave strøm?
»Det er ikke en stor effekt, der kommer ud, men ved at kombinere flere dråber kan det være nok til at drive sensorer i kroppen, elektroniske bilnøgler eller anden elektronik,« siger Einar Halvorsen.
Han er professor ved Institutt for mikro- og nanoteknologi ved Høskolen i Vestfold, Norge, og har ledet arbejdet med at udvikle dråbekraftværket.
Studiet er publiceret i tidsskriftet Applied Physics Letters.
Energihøst på en ny måde
»Dette er et eksempel på det, der kaldes for energihøstere,« forklarer han. Det er små enheder, som henter elektrisk energi ud fra for eksempel kropsbevægelser, bølgegang eller maskiner, der vibrerer.
Energihøstere gør batterier overflødige. Har du sensorer under huden, slipper du for at have ledninger ud af kroppen, eller skulle igennem et kirurgisk indgreb for at skifte batteri.
»Vores dråbekraftværk virker omtrent på samme måde som den mikrofon, du har på et videokamera,« forklarer Einar Halvorsen.
»Mikrofonen er lavet med elektretteknologi, akkurat som dråbefangeren.«
Teflon kan bruges til andet end stegepander
Så hvad er en elektret, og hvordan virker den?
Enkelt fortalt, så er elektreter stoffer, som kan holde på en elektrisk ladning i lang tid, flere årtier, måske endda flere hundrede år.
»Vores elektret er det tynde polymerlag oven på elektroderne,« siger Einar Halvorsen.
Polymeren er det samme, som er kendt under navnet Teflon. Det kender de fleste fra belægningen på stegepander. Denne teflon-elektret bliver lagt ovenpå elektroderne i en speciel proces. Det tynde lag har en elektrisk minusladning yderst.
»Normalt bliver opsamling af ladning betragtet som et problem,« siger Einar Halvorsen.
»Men vi udnytter det, der normalt bliver betragtet som en produktionsfejl, til vores fordel.«
Dråbe leder elektrisk strøm
Så kommer dråben løbende forbi. Dråben er lavet af en væske, der leder elektrisk strøm. Hvad sker der?
»Når dråben møder minusladninger fra teflon-laget, bliver positive ladninger trukket ud mod undersiden af dråben. Modsatte ladninger tiltrækker hinanden,« forklarer Einar Halvorsen.
Elektriske ladninger, der flytter sig, er det samme som elektrisk strøm. Da dråben bevæger sig over elektroderne, går der også en elektrisk strøm gennem dem. En lille, bitte smule, men nok til, at Einar Halvorsen og hans medarbejdere Zhaochu Yang og Tao Dong kan udnytte den.
Langsomme bevægelser
»Der findes også andre typer af energihøstere,« siger han.
»Mange af dem virker bedst med hurtige, jævne svingninger, omtrent som en pendulbevægelse. Vores energihøster henter strøm ud af langsomme og uregelmæssige bevægelser.«
En sådan bevægelse kan for eksempel være normal gangart, en anden kan være langsomme bølgebevægelser.
Farligt kviksølv er ideelt
Prototyperne, som Einar Halvorsen viser frem, er meget større, end det er meningen, at de færdige produkter skal være. Prototyperne er lavet for at afprøve virkningen, ikke til praktisk brug. Og mere afprøvning mangler.
»Vi har stadig problemer med dråben,« siger Einar Halvorsen.
»Det ideelle materiale at lave dråben af, er kviksølv. Kviksølv leder elektrisk strøm, fordamper langsomt og glider let hen over underlaget, så det ikke klistrer sig fast.
Men kviksølv er et giftigt stof. Ingen vil have kviksølv på kroppen eller i miljøet rundt om os, hvor godt det så end er pakket ind.
Dråber, der kan prelle af
Forskerne prøvede også andre strømledende væsker, som for eksempel ioniske væsker. Dette er salte, der er flydende ved stuetemperatur. De var ganske vist ikke giftige, men hang for godt fast. Hvad skulle de stille op med det?
»En almindelig måde at undgå dette problem på er at efterligne, hvordan en vanddråbe preller af på et lotusblad. Det kommer af små nanomønstre i bladet,« fortæller Einar Halvorsen.
»Vi samarbejder med universitetet i den kinesiske by Xiamen. En idé forskerne fik, vises her på et billede, som er taget af en dråbe ionisk væske på et lotusblad,« fortæller Einar Halvorsen.
»Bladet er plukket uden for templet i Xiamen. Se, hvor let dråben preller af.«
Kunne forskerne lave tilsvarende nanomønstre i teflonlaget? Ja, men det ville blive dyrt. Sikkert for dyrt til, at energihøsteren kunne blive en salgbart produkt.
Flydende glaskugler med bedre effekt
»Vi faldt over en artikel fra 2007 om ioniske flydende glaskugler,« siger Einar Halvorsen.
»Det er dråber af ioniske væsker, tilsat små pulverkorn.«
Disse pulverkorn var lavet af det samme stof som underlaget, nemlig teflon. Dermed klistrede de sig ikke fast. Ulempen var, at det lille dråbekraftværk kun producerede en hundrededel så meget effekt som med kviksølv.
»Vi arbejder fortsat med at øge effekten med ioniske flydende glaskugler,« siger Einar Halvorsen.
»Måske vil det hjælpe med pulverkorn af teflon, som er endnu mindre. Måske vil energihøsteren få mange parallelle dråber, som løber ned over hvert sit teflonlag. Vi har fortsat meget at lave,« afslutter Einar Halvorsen.
© forskning.no Oversættelse: Julie M. Ingemansson
