Om ons heen komen ze steeds vaker voor: minuscule slimme sensoren die draadloos meetwaarden doorgeven via het internet. Denk bijvoorbeeld aan sensoren in gebouwen die merken als er iemand een ruimte binnenkomt zodat de verwarming aan- of uit kan worden gezet; sensoren in vrachtwagens die de temperatuur in de gaten houden; of allerlei soorten sensoren in de de industrie die belangrijk zijn voor het goed laten functioneren van het “Internet of Things”.

Een probleem is dat die sensoren nu nog vaak batterijen nodig hebben die na verloop van tijd moeten worden  vervangen. De Technische Universiteit Eindhoven werkt al een aantal jaren aan mogelijke oplossingen. Zo is in het verleden bijvoorbeeld gekeken naar het gebruik van radiogolven om de batterijen op afstand op te laden.

Daniel Vakulov heeft in zijn promotieonderzoek voor een andere aanpak gekozen. Hij heeft een microgenerator gebouwd op basis van nanodraden die gebruikmaken van de warmte uit de omgeving om elektriciteit op te wekken. “Simpel gesteld kun je elektriciteit opwekken door warmte-energie toe te voegen aan een materiaal dat zijn energie niet kwijt kan in de vorm van warmte, maar wel in de vorm van een elektrische stroom”, schrijft de TU Eindhoven in een persbericht.

Nanodraden

Promovendus Daniel Vakulov deed zijn onderzoek in de groep Advanced Nanomaterials & Devices van de TU/e vanuit de gedachte dat nanodraden te dun zijn om via trillingen effectief warmte te transporteren, maar dik genoeg om elektriciteit te geleiden. “Het materiaal indiumantimonide (InSb) bezit de nodige eigenschappen voor deze toepassing”, vertelt Vakulov. “Dat heeft te maken met de zware atomen waaruit dit materiaal is opgebouwd.”

Als sluitstuk op zijn promotie maakte de Rus een ontwerp voor een micro-energiebron gemaakt van deze nanodraden. Het ziet eruit als een stuk doorzichtig plakband, met een patroon van donkere vierkantjes erop. “Elk van deze vlakjes is een thermo-elektrische generator”, legt hij uit. “Het plastic is nodig voor de stevigheid en voor de thermische en elektrische isolatie.”

Veertig microwatt

De promovendus heeft aangetoond dat elk van de microgeneratoren een elektrisch vermogen opwekt van veertig microwatt bij een temperatuurverschil van drie graden Celsius. Dat is niet veel, maar er passen wel honderden van deze thermo-elektrische microgeneratoren op één vingernagel. Aan elkaar gekoppeld zouden die volgens Vakulov genoeg vermogen leveren voor een sensor die je bijvoorbeeld tegen een wand of plafond kunt plakken. Reden genoeg om patent aan te vragen op het ontwerp.

Concrete plannen om de microgenerator op de markt te brengen, zijn er nog niet. Daarvoor moet nog meer onderzoek plaatsvinden. Er is bovendien binnen de TU/e ook nog een ander project gestart rond nieuwe materialen die wellicht nog beter werken dan de uitvinding van Vakulov.