Amerikanische Tüftler haben einen Generator im Miniaturformat gebaut, der allein durch das Hin- und Herbiegen winziger Drähte Strom erzeugt. Herzstücke der Mini-Energiequelle sind eine Art Rasen aus lediglich einem tausendstel Millimeter langen Zinkoxiddrähtchen und eine darüberliegende Elektrode aus Silizium, in deren Oberfläche ein Zickzack-Muster eingraviert ist. Werden die winzigen Drähte in Bewegung versetzt, verschieben sie sich gegen die Zähne der Elektrode und erzeugen dabei kontinuierlich Strom. Der Prototyp schafft bisher zwar lediglich Stromstärken von wenigen Milliardstel Ampere, die Wissenschaftler sind jedoch sicher, dass sie die Effizienz noch verbessern können. Eine solche Stromquelle könnte in Zukunft etwa Computerchips oder auch medizinische Implantate mit Energie versorgen.
Um den Generator herzustellen, beschichteten die Wissenschaftler kleine Trägerplatten aus Galliumnitrid oder Saphir mit Zinkoxid, die später als Elektroden dienten. Dann ließen sie Nanodrähte aus Zinkoxid in einer Dichte von zehn Millionen Drähtchen pro Quadratmillimeter auf der Oberfläche wachsen. Solche Drähte wandeln mechanische in elektrische Energie um, wenn sie hin- und hergebogen werden, hatte das Team bereits vor etwa einem Jahr entdeckt. Über diese Konstruktion wurde dann die zweite Elektrode aus dem platinbeschichteten Silizium gesetzt, wobei die Zickzack-Oberfläche ganz präzise auf den Nanodrähtchen platziert werden musste. Anschließend versetzten die Wissenschaftler die Drähte ihres Minigenerators mithilfe von Ultraschall in Bewegung.
Die Vibrationen sorgten dafür, dass die Drähtchen immer wieder in Kontakt mit den Spitzen der Zickzackelektrode kamen und dabei ihre elektrische Ladung auf sie übertrugen. Da nicht alle Drähte gleichzeitig die gleiche Bewegung ausführten, ließ sich auf diese Weise kontinuierlich ein Gleichstrom erzeugen ? im ersten Test über ein Stunde lang, schreiben die Forscher. Sie schätzen, dass sich mit einem optimierten System etwa vier Watt Leistung pro Kubikzentimeter erreichen lassen.
Bis es soweit ist, muss der Generator allerdings noch verbessert werden. So sind die Minidrähtchen bei dem Prototypen beispielsweise nicht alle gleich lang, was die Effizienz des Systems beeinträchtigt. Einmal optimiert, könnte der Generator dann in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden, so die Wissenschaftler ? beispielsweise für die unabhängige Energieversorgung von Nanobauteilen oder auch für biomedizinische Implantate, denn das Zinkoxid ist ungiftig und kann daher problemlos auch im Körper platziert werden. Zur Anregung könnten dann statt des Ultraschalls die natürlichen Bewegungen des Körpers genutzt werden, ähnlich wie bei Armbanduhren, die sich durch die Armbewegungen des Trägers selbstständig aufziehen.
Xudong Wang (Georgia Institute of Technology, Atlanta) et al.: Science, Bd. 316, S. 102 ddp/wissenschaft.de ? Ilka Lehnen-Beyel
