DE60203276T2 - Energieumwandlungssysteme mit anordnungen im nanometerbereich - Google Patents

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Description

  • Hintergund der Erfindung
  • Diese Erfindung betrifft elektromechanische Systeme im Nanometerbereich. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung elektromechanische Systeme im Nanometerbereich, welche für verschiedene Anwendungsgebiete verwendet werden können, z. B. für Wärmekraftmaschinen, Wärmepumpen oder für Antriebssysteme.
  • Elektromechanische Systeme, welche auf der Molekularbewegung beruhen, sind bekannt. Zum Beispiel beschreibt das US-Patent 4 152 537 (Das „'537-Patent") einen elektrischen Generator, welcher elektrische Energie aus der Zufallsbewegung von Molekülen in einem Gas und der ungleichmäßigen Verteilung der thermischen Energie in verschieden Molekülen des Gases, welches eine gleichmäßige Gesamttemperatur aufweist, erzeugt.
  • Andere solche Systeme sind z. B. in den US-Patenten 3 365 653; 3 495 101, 2 979 551; 3 609 593; 3 252 013 und 3 508 089 beschrieben. Diese Systeme erzeugen Elektroenergie, oder Vorrichtungen werden durch Elektroenergie angetrieben, z. B. ein Oszillator, der auf der Molekularbewegung und thermischer Energie basiert.
  • Ein Problem, das all diesen Systemen gemeinsam ist, besteht in der geringen Höhe der Ausgangsenergie im Vergleich zur Energiemenge, die zum Betrieb der Systeme erforderlich ist. Zum Beispiel benötigen die Systeme oft eine bestimmte Energiemenge, um die Systeme auf einer konstanten Gesamttemperatur zu halten. Obwohl das '537-Patent versucht, einige der bekannten Nachteile in diesen Systemen zu überwinden, besitzt der darin beschriebene elektrische Generator ähnliche Nachteile. Das '537-Patent versucht z. B., die Thermoelement-Verbindung zwischen zwei unterschiedlichen Materialien zu erwärmen, indem sie einfach mit einem Gasmolekül in Kontakt gebracht wird, das eine überdurchschnittliche Geschwindigkeit auf weist. Außerdem verwendet das '537-Patent eine Anordnung von elektrischen Gleichrichtern (siehe z. B. die Gleichrichterbrücke 40 in den 2 und 4), welche Schwierigkeiten bei der ordnungsgemäßen Funktion infolge der unendlich kleinen Spannungen, die im molekularen Maßstab erzeugt werden, bereiten kann.
  • Weil weiterhin die Anwendung elektronischer Geräte boomt, besteht eine ständig steigende Nachfrage nach effizienteren und/oder geräuschloseren Wegen, um Bauteile zu kühlen, welche typischerweise das Herz dieser Geräte bilden. Zum Beispiel enthalten die meisten Personalcomputer einen oder mehrere Lüfter, welche erforderlich sind, um die Temperatur des Mikroprozessors innerhalb eines bestimmten Funktionsbereiches zu halten. Diese Lüfter sind oft laut, und oft werden große Mengen von verschmutzter Luft von den Lufteingängen durch den Computer gezogen.
  • Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, elektromechanische Systeme im Nanometerbereich zu schaffen, die Molekularenergie effektiv in eine andere Form umwandeln, welche im makroskopischen Ausmaß verwendet werden kann.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, elektromechanische Systeme im Nanometerbereich zu schaffen, welche molekulare Wärmeenergie effektiv in anwendbare mechanische und/oder elektrische Energie umwandeln.
  • Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, elektromechanische Systeme im Nanometerbereich zu schaffen, welche molekulare Energie verwenden, um eine Druckdifferenz an der Oberfläche eines Objektes zu erzeugen und das Objekt in einer steuerbaren Richtung anzutreiben.
  • Schließlich besteht eine weitere Aufgabe der Erfindung darin, elektromechanische Systeme im Nanometerbereich zu schaffen, welche molekulare Energie verwenden, um eine externe Substanz zu erwärmen oder zu kühlen.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die vorstehenden Aufgaben werden durch ein Energieumwandlungssystem nach dem anliegenden Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.
  • Die erfindungsgemäßen elektromechanischen Systeme im Nanometerbereich wandeln molekulare Energie effektiv von einer Form in eine andere Form um, indem sie die Geschwindigkeit der Moleküle innerhalb einer Arbeitssubstanz vermindern. Diese Systeme können z. B. eine Wärmekraftmaschine umfassen, welche molekulare Wärmeenergie in nutzbare mechanische oder elektrische Energie umwandelt. Die Systeme können auch eine Wärmepumpe enthalten, welche die molekulare Energie nutzt, um eine Substanz entweder zu erwärmen oder zu kühlen. Zum Beispiel kann ein erfindungsgemäßes System an einem Mikroprozessor als primäre Kühlvorrichtung befestigt werden, so dass nur ein kleiner oder gar kein Lüfter erforderlich ist. Außerdem können diese Systeme auch Antriebssysteme umfassen, in welchen Molekularenergie verwendet wird, um eine Druckdifferenz auf der Oberfläche eines Objektes zu erzeugen und dadurch die Möglichkeit zu schaffen, das Objekt in einer steuerbaren Richtung anzutreiben.
  • Elektromechanische Systeme im Nanometerbereich, welche erfindungsgemäß strukturiert sind, können eine große Anzahl von Objekten im Nanometerbereich, z. B. Platten, Prallmassen und/oder Rohre umfassen, welche in einer Flüssigkeit oder in einem Gas angeordnet sind. Diese Objekte können die Größenordnung von mehreren Nanometern pro Seite aufweisen sowie eine Dicke in der Größenordnung von etwa einem oder zwei Nanometern besitzen. Eine Seite der Platte ist mit einer flexiblen, federartigen Befestigung verbunden, welche die Platten mit einer gemeinsamen Basis verbinden. Mit jeder Platte ist außerdem eine gewisse Form einer Generatorvorrichtung verbunden, z. B. als piezoelektrische, elektromotorische Kraft oder als elektrostatischer Generator, welche die molekulare Zufallsbewegung in elektrische, elektromagnetische oder thermische Energie umwandeln.
  • Die Platten im Nanometerbereich reduzieren in Verbindung mit einem angeschlossenen Generator die Geschwindigkeit der einzelnen Moleküle, was zu einer Verminderung der thermischen Energie innerhalb des Arbeitsfluids führt. Die erzeugte elektrische Energie kann in thermische Energie mit einer höheren Temperatur als das Arbeitsfluid rückverwandelt und zur Schaffung eines Temperaturunterschiedes genutzt werden, welcher die Ausführung von nutzbarer Arbeit ermöglicht. Im Wesentlichen sind die Platten so gestaltet, dass sie in eine Arbeitssubstanz eintauchen. Die Platten bewegen sich innerhalb der Arbeitssubstanz infolge der Veränderung der thermischen Bewegung der Moleküle der Arbeitssubstanz in zufälliger Weise. Diese Bewegung erfolgt zwangsläufig durch die Kollisionen zwischen den Molekülen der Arbeitssubstanz und den Platten, welche groß genug sind, um die Platten zum Schwingen zu bringen. Die kinetische Energie von diesen Schwingungen kann dann durch verschiedene Verfahren, die zuvor beschrieben wurden, in elektrische, elektromagnetische oder thermische Energie umgewandelt werden.
  • Die elektromagnetischen Systeme im Nanometerbereich, die erfindungsgemäß strukturiert sind, schaffen auch Bauteile, welche die Ausgänge der zahlreichen Platten effektiv sammeln und zusammenfassen, so dass ein nutzbarer elektrischer Ausgang erzeugt wird. Zum Beispiel umfasst eine erfindungsgemäße Ausführungsform die Verwendung einer Matrix von Widerstandselementen, eines für jede Platte, welches sich in Kontakt mit einer Seite des Thermoelements befindet. Die andere Seite des Thermoelements ist in thermischem Kontakt mit etwas anderem angeordnet, das sich in Höhe der Umgebungstemperatur befindet (z. B. einem Gas oder einer Flüssigkeit). Jedes der Thermoelemente erzeugt einen Ausgang (d. h. einen Gleichstrom sowie eine Spannung), welche durch eine einfache Reihenschaltung zusammengefasst werden können, um einen Ausgang zu erzeugen, der in Abhängigkeit von der Anzahl der Platten und der Form die Größenordnung von einigen Milliwatt haben kann.
  • In einer speziellen Ausführungsform kann ein erfindungsgemäßes elektromechanisches System im Nanometerbereich eine Matrix von Nanorohren umfassen, z. B. Rohren, die aus Karbon hergestellt sind, welche zwischen zwei Platten eines Kon densators befestigt sind. Eines der Rohre ist körperlich mit einer Platte des Kondensators verbunden, während das andere Ende frei beweglich ist. Die gesamte Anordnung befindet sich in einem Fluid (d. h. einer Flüssigkeit oder einem Gas). Eine Spannung wird (über die Platten) an den Kondensator angelegt, welcher ein elektrisches Feld („E") erzeugt, das die Längsseite der Rohre senkrecht zur Fläche der Kondensatorplatte hält. Die „freien" Enden der Rohre, welche sich in einer Arbeitssubstanz befinden, bewegen sich infolge der Kollisionen zwischen dem Molekülen der Arbeitssubstanz und der Rohre unregelmäßig und bewirken, dass einige der Rohre miteinander kollidieren. Die kinetische Energie der kollidierten Rohre sowie weitere Energie kann, wie zuvor beschrieben, für einen oder mehrere nutzbare Zwecke umgewandet werden.
  • Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform werden zahlreiche Nanorohre an jedem Ende mit einer elektrisch und thermisch leitenden Schiene verbunden. Jedes der Rohre ist so installiert, dass sich ein Spiel oder eine Biegung in dem Rohr befindet. Das Spiel ermöglicht es den Rohren, in Reaktion auf zufällige Druckänderungen des umgebenden Fluids (Gas oder Flüssigkeit) zu schwingen. In diesem Fall wird ein äußeres magnetisches Feld ("B") an der gesamten Baugruppe erzeugt, welches senkrecht zu den Rohren und Schienen verläuft. Wärme, die in den Rohren durch induzierten Strom erzeugt wird, fließt durch die Rohre zu den thermisch leitenden Schienen, welche mit einer thermisch leitenden Platte verbunden sind.
  • Weitere Merkmale der Erfindung, deren Wesen und verschiedene Vorteile werden durch die anliegenden Zeichnungen und die folgende detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen weiter verdeutlicht.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die vorstehenden sowie weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung sollen beim Studium der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den anliegen den Zeichnungen weiter verdeutlicht werden, wobei gleiche Bezugszeichen sich durchgehend auf gleiche Teile beziehen, und in welchen:
  • 1A eine anschauliche schematische Darstellung eines Teiles eines elektromechanischen Systems im Nanometerbereich zeigt, welches erfindungsgemäß strukturiert ist;
  • 1B eine anschauliche schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Wandlungsschaltung zeigt, die entsprechend den erfindungsgemäßen Grundlagen strukturiert ist;
  • 2 eine anschauliche schematische Darstellung eines Teiles eines anderen elektromechanischen Systems im Nanometerbereich zeigt, welches entsprechend den erfindungsgemäßen Grundlagen strukturiert ist;
  • 3 eine perspektivische Ansicht eines Teiles eines elektromechanischen Systems im Nanometerbereich zeigt, welches entsprechend den erfindungsgemäßen Grundlagen strukturiert ist;
  • 4 eine perspektivische Ansicht eines Teiles eines anderen elektromechanischen Systems im Nanometerbereich zeigt, welches entsprechend den erfindungsgemäßen Grundlagen strukturiert ist;
  • 5 eine anschauliche schematische Darstellung eines elektromechanischen Systems im Nanometerbereich zeigt, welches entsprechend den erfindungsgemäßen Grundlagen strukturiert ist;
  • 6 eine anschauliche schematische Darstellung eines weiteren elektromechanischen Systems im Nanometerbereich zeigt, welches entsprechend den erfindungsgemäßen Grundlagen strukturiert ist;
  • 7 eine perspektivische Ansicht eines weiteren elektromechanischen Systems im Nanometerbereich zeigt, welches entsprechend den erfindungsgemäßen Grundlagen strukturiert ist;
  • 8 eine anschauliche schematische Darstellung eines Teiles des elektromechanischen Systems im Nanometerbereich nach 7 zeigt;
  • 9 eine weitere anschauliche schematische Darstellung eines Teiles des elektromechanischen Systems in Nanometerbereich nach 7 zeigt;
  • 10 eine Querschnittsansicht eines weiteren elektromechanischen Systems im Nanometerbereich zeigt, welches entsprechend den erfindungsgemäßen Grundlagen strukturiert ist;
  • 11 eine perspektivische teilweise geschnittene Ansicht eines weiteren elektromechanischen Systems im Nanometerbereich zeigt, dass entsprechend den erfindungsgemäßen Grundlagen strukturiert ist;
  • 12 eine anschauliche schematische Darstellung eines Teiles des elektromechanischen Systems in Nanometerbereich nach 11 zeigt;
  • 13 eine perspektivische teilweise geschnittene Ansicht eines weiteren elektromechanischen Systems im Nanometerbereich zeigt, die entsprechend den erfindungsgemäßen Grundlagen strukturiert ist;
  • 14 eine anschauliche schematische Ansicht eines Teiles des elektromechanischen Systems im Nanometerbereich nach 13 zeigt;
  • 15 eine Schnittansicht von vorn des elektromechanischen Systems im Nanometerbereich nach 13 zeigt, wie sie sich entlang der Schnittlinie 14-14 in 14 ergibt;
  • 16 eine anschauliche schematische Ansicht eines Teiles des elektromechanischen Systems im Nanometerbereich nach 13 zeigt, und
  • 17 eine anschauliche schematische Darstellung eines elektromechanischen Antriebsystems zeigt, welches entsprechend den erfindungsgemäßen Grundlagen strukturiert ist.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • 1A zeigt ein anschauliches Beispiel eines Teiles eines elektromechanischen Systems im Nanometerbereich, welches erfindungsgemäß strukturiert ist. Der dargestellte Bereich umfasst eine Prallmasse in Form einer Platte 100, ein Halteteil 102, eine Generatoreinrichtung 104 (welche einen elektrischen Ausgang an den Anschlüssen 106 erzeugt) sowie eine Basis 108 (welche typischerweise Tausend- oder Millionenfach größer ist als die Platte 100). Die Platte 100 ist an der Basis 108 befestigt, welche thermisch leitfähig sein kann aber nicht sein muss, so dass die Platte 100 innerhalb eines vorbestimmten Distanzbereiches in einer oder mehreren Richtungen (z. B. seitlich, oder nach oben und unten) bewegt werden kann. Ein vollständiges Energieumwandlungssystem, welches Anordnungen im Nanometerbereich verwendet, umfasst in typischer Weise eine Million oder mehr der in 1A dargestellten Vorrichtungen, was im Weiteren noch deutlicher wird (siehe z. B. die 5 und 6).
  • Die Platte 100 kann z. B. aus einer Substanz wie Karbon oder Silizium hergestellt sein, wenngleich die Fachwelt erkennt, dass Veränderungen hinsichtlich des Materials der Platte 100 durchgeführt werden können, ohne das eine Abweichung vom Erfindungsgedanken vorliegt. Weiterhin kann die Platte 100 im Wesentlichen unter Anwendung der bekannten Halbleiter-Herstellungstechnologien, z. B. durch Sputtern, Ätzen, Fotolithografie hergestellt werden.
  • Außerdem kann die Platte 100 so strukturiert sein, dass jede Seite etwa fünf Nanometer misst und sie eine Höhe von etwa einem bis zwei Nanometer aufweist, wobei diese Größe so gewählt ist, dass die Wirkung der Brownsche Bewegung groß genug ist, um die Trägheit der Platte 100 und der Federkonstanten des Halteteils 102 zu überwinden. Fachleute werden erkennen, dass die spezielle Größe der Platte 100 hinsichtlich der Grundfunktion der vorliegenden Erfindung nicht kritisch ist, vorausgesetzt, dass die Platte 100 in der Lage ist, sich in unregelmäßiger Weise innerhalb der Arbeitssubstanz als Ergebnis der zufälligen Veränderungen in der Geschwindigkeit der Moleküle der Arbeitssubstanz, welche auf die Platte 100 auftreffen, zu bewegen.
  • 1A zeigt auch, dass das Molekül 110, welches dargestellt ist, wie es von der Platte 100 abprallt, sich nunmehr mit verminderter Geschwindigkeit weiter bewegt. Fachleute werden erkennen, dass, obwohl einige Moleküle infolge des Aufpralles eine verminderte Geschwindigkeit besitzen, andere nur wenig Veränderung in der Geschwindigkeit zeigen und andere tatsächlich eine erhöhte Geschwindigkeit annehmen. Im Allgemeinen jedoch und in Übereinstimmung mit der Erfindung führt der Aufprall des Moleküls 110 auf die Platte 100 im Durchschnitt zu einer Verminderung der Geschwindigkeit.
  • Das Molekül ist ein Molekül der Arbeitssubstanz des Systems, welche bevorzugt ein Fluid (d. h. ein Gas oder eine Flüssigkeit) ist, jedoch auch ein Feststoff sein kann. Das Fluid kann auf atmosphärischen Druck gehalten werden, oder es kann einen erhöhten Druck, z. B. einen Druck oberhalb von etwa 105 Pa (15 PSI) aufweisen. Wie vorstehend beschrieben kann der Druck des Arbeitsfluids Einfluss auf den Ausgang nehmen, der durch das System erzeugt wird. Das Molekül 110 trifft auf die Platte 100, wodurch das Molekül 110 eine Verminderung der Geschwindigkeit erfährt. Die Verminderung der Geschwindigkeit entspricht einer Verminderung in der Temperatur der Arbeitssubstanz des Systems.
  • Die Verminderung der Geschwindigkeit des Moleküls 110 wird durch die Platte 100 in Verbindung mit der Vorrichtung 104 bewirkt, wobei die Vorrichtung irgendeine von verschiedenen Vorrichtungen sein kann, ohne dass sie von der vorliegenden Erfindung abweicht. Zum Beispiel kann die Vorrichtung 104 eine piezoelektri sche Vorrichtung sein, oder sie kann eine elektromotorische Kraft oder ein elektrostatischer Generator sein. In jedem Fall wandelt die Vorrichtung 104 Energie der auftreffenden Masse beim Auftreffen des Moleküls 110 auf die Prallmasse 100 in elektrische Energie um, welche über die Anschlüsse 106 ausgegeben wird.
  • Die Menge der elektrischen Energie, welche über die Anschlüsse 106 ausgegeben wird, ist selbst unter günstigsten Bedingungen sehr klein. Zum Beispiel bewegt sich der Ausgang der Platte 100 in der Größenordnung von etwa 10–12 Watt, je nach Größe der Vorrichtung und der verschiedenen anderen Faktoren. Dementsprechend ist es erforderliche, dass das System, um eine nutzbare Ausgangsleistung, z. B. von wenigen Mikrowatt zu erzeugen, Millionen solcher Platten umfasst, in das sie in der Art miteinander verbunden sind, dass die Ausgänge von allen oder im Wesentlichen von allen zu einem einzigen Ausgangssignal zusammengefasst werden können.
  • Wenn etwa eine Million Platten 100 in einer Matrix zusammen angeordnet sind (siehe z. B. 5 und 6), kann ein Weg, um die gesamte Energie von jeder dieser Platten zusammenzufassen, darin bestehen, die Anschlüsse 106 von jeder Platte 100 mit dem Widerstandselement 112 zu verbinden (siehe 1B) und das Widerstandselement 112 in thermischem Kontakt mit einer Seite 114 des Thermoelementes 116 zu bringen. Die andere Seite 118 des Thermoelementes 116 befindet sich dann in thermischen Kontakt mit einem Kühlkörper oder irgendeiner anderen Substanz mit Umgebungstemperatur (welche sogar die Arbeitssubstanz selbst sein kann). Das Thermoelement 116 ist ein thermoelektrischer Generator, welcher in Reaktion auf einen Temperaturunterschied eine Spannung zwischen einem Paar von Anschlüssen und, wenn die Anschlüsse mit einer Last verbunden sind, einen Gleichstrom erzeugt.
  • Unterschiede bei den molekularen Aufprallen auf die Platte 100 verursachen ein Ansteigen der Temperatur des Widerstandselementes 112, welches dann durch das Thermoelement 116 in elektrische Energie umgewandelt und über die Anschlüsse 120 ausgegeben wird. Ein Vorteil der Verwendung von Widerstandselementen be steht darin, dass sie wegen der ohmschen Last unabhängig von der Polaritätsrichtung des Stromes sind und kein mit ihrer Platte verbundener Gleichrichter erforderlich ist. In dieser Weise können erfindungsgemäß selbst kleinste Spannungen, die durch den Aufprall der Moleküle 110 auf die Platten 100 erzeugt werden, verwendet werden, um Widerstandselemente auf verwendbare Werte zu erwärmen. Jedes Thermoelement in der Matrix erzeugt seinerseits einen Ausgang, welcher eine Gleichspannung aufweist, sowie einen Strom, wenn eine elektrische Last angeschlossen ist. Alle diese Ausgänge können dann miteinander in Serie verbunden werden, um einen Ausgang von mindestens einigen Mikrowatt zu erzeugen.
  • Wenn zusätzliche Leistung benötigt wird, können zahlreiche Untereinheiten von Platten in Serie miteinander geschaltet werden. Wenn z. B. eine vorgegebene Untereinheit gebildet wird, die eine Matrix aus Platteneinheiten umfasst, in welcher jede Einheit einhundert Quadratnanometer beansprucht, würde eine Einheit von einem Quadratzentimeter etwa eine Milliarde Platteneinheiten umfassen. Dann könnte irgendeine Anzahl von Untereinheiten auf einem Quadratzentimeter in Serie oder parallel miteinander verkoppelt werden, um das erforderliche Verhältnis von Spannung und Strom zu erreichen.
  • Außerdem kann mit einem kombinierten Ausgang in der Größenordnung von etwa 700 mV der Ausgang von jeder Quadratzentimeter-Einheit sogar unter Verwendung von konventionellen Halbleiterschaltern gesteuert werden. Somit kann ein vorgegebenes Bauelement durch Herstellung vieler einzelner Quadratzentimeter-Einheiten hergestellt werden, die nahe zueinander auf einem dünnen flexiblen Blatt Material (z. B. aus Aluminium) in einem fortlaufenden Verfahren hergestellt werden. Die so entstehenden Materialblätter können dann zugeschnitten und in ein Rohr, ähnlich dem Herstellungsverfahren von einigen Kondensatoren, zusammengerollt werden.
  • Fachleute werden erkennen, dass der elektrische Ausgang von diesen Vorrichtungen pro Flächeneinheit dem Druck des Fluids, der Durchschnittstemperatur des Fluids, der Schwingungsfrequenz der Platte und der Masse der verwendeten Fluidmoleküle proportional ist (gleichgültig ob das Fluid ein Gas oder eine Flüssigkeit ist).
  • Der Ausgang pro Flächeneinheit ist umgekehrt proportional zur Größe der Platte, und der Dichte des Plattenmaterials. Dementsprechend kann durch Wahl eines Schwermolekülgases, z. B. von Xenon, oder durch Verwendung eines Fluids, das mit schweren Partikeln beladen ist, z. B. von Luft, die mit Karbonmolekülen beladen ist, und/oder durch Umkehr der Platten in dem Gas bei erhöhtem Druck, z. B. bei hundertfachem atmosphärischem Druck, der Leistungsausgang der Einheiten um einen Faktor über 100 im Vergleich mit Einheiten, die in Luft bei atmosphärischem Druck arbeiten, erhöht werden.
  • 2 zeigt eine alternative Ausführungsform der in 1 dargestellten Platteneinheit. Die Einheit nach 2 unterscheidet sich insbesondere dadurch von der in 1, dass das Haltelement 102 statt mit der Basis 108 mit einem Gehäuse 208 gekoppelt ist. Das Gehäuse 208 ist eine thermisch leitende Kammer, welche die Fähigkeit besitzt, thermische Eingänge (in 2 als „Q" bezeichnet) zu empfangen. In dieser Ausführungsform wird der Zufluss von Wärme Q in elektrische Energie umgewandelt, die über jeden Anschluss 106 ausgegeben wird. Zusätzlich kann es, weil die in 1 dargestellte Einheit kein Gehäuse umfasst, erwünscht jedoch nicht tatsächlich erforderlich sein, diese Einheit ebenfalls in einem Gehäuse anzuordnen, um es lediglich vor Kontaminationen zu schützen.
  • Die in 2 dargestellte Ausführungsform kann verwendet werden, um einen der Vorteile der vorliegenden Erfindung zu demonstrieren, in dem diese erfindungsgemäße Energieumwandlungssysteme in Nanometerbereich als Wärmepumpe verwendet werden können. Zum Beispiel wird das thermisch leitende Gehäuse 208 infolge des molekularen Aufpralls auf die Platten 100 und die nachfolgende Umwandlung der kinetischen Energie der Platte in elektrische Energie gekühlt. Warme oder heiße Luft kann durch Blasen durch das Gehäuse 208 gekühlt werden. Andererseits kann die Ohmsche Last 112 in Serie mit den Anschlüssen 106 geschaltet werden, was dazu führt, dass die Temperatur der Ohmschen Last 112 erhöht wird. Kalte Luft kann erwärmt werden, in dem sie über die Ohmsche Last 112 geblasen wird. In dieser Weise kann die selbe Einheit verwendet werden, um eine äußere Substanz zu erwärmen oder zu kühlen.
  • 3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Teiles eines elektromechanischen Systems 300 im Nanometerbereich, welches entsprechend den erfindungsgemäßen Prinzipien strukturiert ist. Der in 3 dargestellte Teil des Systems 300 umfasst drei Platteneinheiten 302, 322 und 342, von denen jede mit einem der piezoelektrischen Generatoren 304, 324 und 344 verbunden ist. Jede der Platteneinheiten 302, 322 und 342 ist der Platteneinheit 100 nach 1 in der Weise ähnlich, dass jede in 3 dargestellte Platteneinheit ebenfalls eine im Wesentlichen plane Fläche aufweist, die in der Weise an ihrem Platz gehalten wird, dass sie sich in Reaktion auf den Aufprall von Molekülen bewegen kann. In diesem Beispiel sind die Platteneinheiten 302, 322 und 342 an einem Ende, welches in 3 mit dem allgemeinen Bezugszeichen 380 versehen ist, befestigt.
  • Jeder der piezoelektrischen Generatoren ist aus einem Teil von piezoelektrischem Material und einer Widerstandseinheit gebildet. Der Generator 324, welcher den Generatoren 304 und 344 im Wesentlichen gleich ist, wird z. B. dargestellt, um die Teilung zwischen dem piezoelektrischem Material 326 und der Widerstandseinheit 328 zu zeigen. Die Teilung zwischen dem piezoelektrischem Bereich und der Widerstandseinheit kann jedoch auch in 3 bei den Generatoren 304 und 344 erkannt werden.
  • Jede der Widerstandseinheiten 308, 328 und 348 ist mit zwei Drähten verbunden, welche aus unterschiedlichen Material hergestellt sind. Zum Beispiel wird jeder der Drähte 307, 327 und 347 aus einem Material hergestellt, während die Drähte 309, 329 und 349 alle aus einem unterschiedlichen Material hergestellt sind. Die anderen Enden von allen Drähten sind mit einer Reihe von Kühlkörpern 360 verbunden, welche selbst mechanisch mit einem Substrat 370 gekoppelt sind (welches z. B. ein Siliziumsubstrat sein kann). Es ist zu beachten, dass die Platteneinheiten 302, 322 und 342 nur an einem Ende, das allgemein mit dem Bezugszeichen 380 versehen ist, mit dem Substrat 370 verbunden sind, so dass z. B. die Platteneinheiten leicht auf und ab schwingen können.
  • Das System 300 arbeitet erfindungsgemäß wie folgt: Das gesamte System ist in ein Fluid (d. h. eine Flüssigkeit oder ein Gas) eingebettet, welches die Arbeitssubstanz darstellt. Statistische Abweichungen in der Geschwindigkeit der Arbeitssubstanzmoleküle, welche auf die Platte 302 auftreffen, bewirken z. B., dass das freie Ende der Platte 302 auf und ab schwingt. Die Abwärts- und Aufwärtsbewegung der Platten 302 verursachen eine Spannung im piezoelektrischen Material 306, welche eine Spannung zwischen der unteren leitenden äußeren Schicht 385 und der oberen leitenden Schicht 387 des Materials 306 erzeugt.
  • Die äußeren leitenden Schichten 385 und 387 des Materials 306 befinden sich im Kontakt mit der Widerstandseinheit 308, so dass ein Strom vom Material 306 durch den Widerstand 308 und zurück zum Material 306 fließt. Der Strom durch den Widerstand 308 erwärmt den Widerstand, der mit einer Seite des thermoelektrischen Generators gekoppelt ist, welcher durch die Drähte 307 und 309 gebildet wird (welche, wie zuvor beschrieben, aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sind). Die andere Seite des thermoelektrischen Generators (welcher auch als Thermoelement bezeichnet werden kann) ist mit den Kühlkörpern 360 gekoppelt, welche eine niedrigere Temperatur aufweisen. Fachleute können erkennen, dass andere Einrichtungen, z. B. thermische oder elektrische Wärmekraftmaschinen (z. B. eine termionische Wärmekraftmaschine) abweichend von den thermoelektrischen Generatoren, welche hier beschrieben werden, verwendet werden können, ohne aus dem Schutzumfang der vorliegenden Patentansprüche zu geraten.
  • Der Temperaturunterschied veranlasst den thermoelektrischen Generator, eine Spannung zu erzeugen, welche, wie im weiteren noch beschrieben werden soll, mit den Spannungen von anderen Platteneinheiten kombiniert werden kann, um eine Ausgangsspannung des Systems zu erzeugen. Diese Spannungen können erfindungsgemäß in Reihe zusammen geschaltet werden, um einen elektrischen Ausgang des Systems 300 mit einem verwertbaren Wert zu erzeugen. Das Verfahren zur Zusammenfassung der Spannungen von jeder Platteneinheit ist umfassender im Weiteren unter Bezugnahme auf die 5 und 6 dargestellt.
  • Fachleute werden erkennen, dass, obwohl das System 300 als ein System beschrieben wurde, welches kinetische Energie der aufprallenden Masse (die aus der Brownschen Bewegung der aufprallenden Masse resultiert, welche in eine Arbeitssubstanz eingebettet ist) in elektrische Wechselstromenergie, in thermische Energie und elektrische Gleichstromenergie verwandelt, das System 300 mit geringen Veränderungen auch direkt Gleichstromenergie als Ergebnis dieser kinetischen Energie produzieren kann.
  • Insbesondere ist zu beachten, dass die Bewegung der Platte 302 nach oben und danach nach unten in ihre Ruhestellung eine Spannung mit einer Polarität erzeugt. Eine Bewegung nach unten und dann nach oben zurück in die Ruhestellung erzeugt eine Spannung mit umgekehrter Polarität. Somit können erfindungsgemäß die Platten 302 im Wesentlichen auf eine Bewegung zwischen einem neutralen Punkt (d. h. der Ruhestellung) und einem einzigen Grenzpunkt (entgegen der normalen Schwingung, welche von einem ersten Begrenzungspunkt durch den neutralen Punkt bis zu einem zweiten Begrenzungspunkt und zurück verläuft) begrenzt werden.
  • Dementsprechend wird, wenn die Platte 302 auf die „Aufwärts"-Bewegung durch Anordnung eines Objektes an der Stelle 303 (d. h. zum freien Ende der Platte 302 hin) begrenzt wird, die Ausgangsspannung auf eine Polarität (im Wesentlichen einen pulsierenden Gleichstrom) begrenzt. Bei dieser Konfiguration können die Ausgänge des piezoelektrischen Generators (z. B. des Generators 304) in Serie direkt miteinander gekoppelt werden, was z. B. die Notwendigkeit einer Widerstandseinheit 308 von Drähten 307 und 309 und von Kühlkörpern 360 ausschließt, während dennoch verwertbare Werte an elektrischer Energie ohne die Notwendigkeit einer Gleichrichterschaltung erzeugt werden.
  • 4 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Teils eines elektromechanischen Systems 400 im Nanometerbereich, welches erfindungsgemäß strukturiert ist. Der in 4 dargestellte Teil des Systems 400 umfasst drei Platteneinheiten 402, 422 und 442, von denen jede mit einem der piezoelektrischen Generatoren 304, 324 und 344 (welche zuvor unter Bezugnahme auf 3 beschrieben wurden) gekoppelt werden können.
  • Wie die 4 zeigt, umfasst jede der Platteneinheiten 402, 422 und 442 eine Prallmasse 490 und eine Mehrzahl von Nanorohren 492, welche an der Prallmasse 490 so befestigt sind, dass sie im Wesentlichen rechtwinklig zur Prallmasse 490 angeordnet sind. Jedes der Nanorohre 492, das z. B. aus einem Material wie Karbon konstruiert sein kann, besitzt einen Durchmesser von annährend 2 Nanometern und eine Höhe von etwa 25-50 Nanometern (Fachleute werden erkennen, dass die Dimensionen der Nanorohre 492 verändert werden können, ohne aus dem Schutzbereich der anliegenden Patentansprüche zu geraten). Weiterhin kann die Steifigkeit und die Ausrichtung der Nanorohre 492 durch Anlegen einer statischen Spannung gesteuert werden, wie dies in 7 dargestellt und im Weiteren beschrieben ist.
  • Das System 400 arbeitet weitestgehend in der selben Weise wie das zuvor beschriebene System 300. Die statistische Veränderung des Gasdruckes um die Platten 402, 422 und 442 bewirkt, dass das freie Ende der Platten 402 auf und ab schwingt und dadurch eine Spannung an den leitenden Außenschichten des piezoelektrischem Materials hervorruft. Im System 400 wird jedoch die Auf- und Abwärtsbewegung der Platten durch die Nanorohre 492 verstärkt, welche einen zusätzlichen Aufprall von Molekülen verursachen.
  • Die äußeren leitenden Schichten des piezoelektrischen Materials sind in Kontakt mit der Widerstandseinheit, so dass ein Strom fließt, welcher den Widerstand aufheizt. Der thermoelektrische Generator, welcher z. B. durch die Drähte 307 und 309 gebildet wird, befindet sich zwischen dem aufgeheizten Widerstand und dem Kühlkörper 360, welcher eine niedrigere Temperatur aufweist. Der Temperaturunterschied veranlasst den thermoelektrischen Generator eine Spannung zu erzeugen.
  • Die 5 und 6 zeigen jeweils zwei ähnliche Gestaltungen von elektromechanischen Systemen 500 und 600 im Nanometerbereich, von denen jede in Übereinstimmung mit den erfindungsgemäßen Prinzipien strukturiert ist. Jedes der Sys teme 500 und 600 umfasst eine Mehrzahl von glatten Einheiten 302, die mit Generatoren 304 gekoppelt sind, welche selbst mit Drähten 307 und 309 gekoppelt sind, die mit Kühlkörpern 360 verbunden sind. Dies wird deutlicher bei Betrachtung des gestrichelten Kästchens, welches zeigt, wo z. B. der Teil des Systems 300 nach 3 zu finden ist. Wie die 5 und 6 zeigen, umfasst jedes der Systeme 500 und 600 neunzig Platteneinheiten 302 und die damit verbundenen Bauteile (d. h. Generatoren, Drähte und Kühlkörper).
  • In der Praxis umfassen die elektromechanischen Systeme im Nanometerbereich, die erfindungsgemäß strukturiert sind, eine Milliarde oder mehr Platteneinheiten auf einem einzigen Substrat. Die Ausgangsspannung über jedem Paar von Drähten, welche sich von jedem thermoelektrischen Generator zu einem einzigen Substrat erstrecken, sind erfindungsgemäß in Serie miteinander gekoppelt, um ein einziges Ausgangssignal für das System zu erzeugen. Das Ausgangssignal kann eine Spannung in der Größenordnung von einem Volt aufweisen, in Abhängigkeit von der Anzahl der einzelnen verwendete Bauteile und der speziellen Herstellungstechnologien, die zur Herstellung dieser Bauteile angewendet wurden. Der wichtigste Unterschied zwischen den Systemen 500 und 600 besteht darin, dass das System 500 einen Lastwiderstand 502 aufweist, während das System 600 diesen nicht besitzt.
  • Fachleute werden feststellen, dass der Lastwiderstand 502 so dargestellt ist, als wenn er am Substrat 370 befestigt ist, es kann jedoch bevorzugt sein, den Lastwiderstand von dem Arbeitsfluid thermisch zu isolieren, in welchem das Substrat 370 eingebettet ist, so dass die Wärme, die vom Lastwiderstand 502 ausgeht, die Temperatur des Arbeitsfluids nicht beeinflusst.
  • 7 zeigt eine weitere Ausführungsform eines elektromechanischen Systems 700 im Nanometerbereich, welches entsprechend den erfindungsgemäßen Prinzipien strukturiert ist. System 700 umfasst eine Matrix von Nanorohren 702, welche zwischen einer oberen Platte 704 und einer unteren Platte 706 eines Kondensators 708 angeordnet ist sowie eine Spannungsquelle 710, welche ebenfalls über die Platten des Kondensators 708 angelegt ist. Jedes der Nanorohre 702 kann z. B. aus einem Material wie Karbon konstruiert sein und einen Durchmesser von etwa 2 Nanometern und eine Höhe von 25-50 Nanometern aufweisen (Fachleute werden erkennen, dass die Dimensionen der Nanorohre 702 verändert werden können, ohne aus dem Schutzumfang der vorliegenden Patentansprüche zu geraten).
  • Ein Ende jedes Nanorohres 702 ist an der unteren Platte 706 des Kondensator 708 befestigt. Das andere Ende jedes Nanorohres 702 kann sich frei bewegen. Die gesamte Einheit 700 ist dann in typischer Weise von einem Fluid (d. h. einem Gas oder einer Flüssigkeit) umgeben. Sobald eine Spannung V von der Quelle 710 über die Platten des Kondensators 708 angelegt ist, wird ein elektrisches Feld E erzeugt, welches eine Kraft verursacht, die hilft, dass die Länge des Nanorohres 702 im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche der Kondensatorplatten 704 und 706 ausgerichtet ist. Die statistischen Abweichungen in der Geschwindigkeit und der Richtung der Moleküle des Arbeitsfluids, welche auf das Nanorohr 702 auftreffen, verursachen statistische Abweichungen im Fluiddruck um die Nanorohre 702, welche ihrerseits dazu führen, dass die Nanorohre 702 sich unregelmäßig bewegen, wie dies in den 8 und 9 dargestellt ist.
  • Wie in 8 dargestellt, sind die Nanorohre 802 und 822 (welche einfach irgendwelche zwei benachbarte Nanorohre 702 sind) im Wesentlichen senkrecht zur unteren Kondensatorplatte 706 angeordnet, auch wenn einzelne Moleküle 110 kürzlich auf jedes Nanorohr aufgeprallt sind. In diesem Beispiel gibt es keine Veränderung des Gasdruckes an jeder Seite des Nanorohres, und die Rohre bleiben aufrecht. Fachleute werden erkennen, dass, obwohl das Zusammenwirken von zwei Nanorohren dargestellt ist, das molekulare Aufprallen auf Tausende oder Millionen von Nanorohren gleichzeitig geschieht.
  • 9 stellt andererseits den Effekt der statistischen Veränderung des Fluiddrucks um die Nanorohre 902 und 922 dar (welche wie die Nanorohre 802 und 822 einfach zwei benachbarte Nanorohre 702 sind), was zu Veränderungen in der thermischen Bewegung der Arbeitsfluidmoleküle führt, welche die freien Enden der Nanorohre 902 und 922 veranlassen, an der Stelle 930 aufeinander zu treffen. Die kinetische Energie der aufeinandertreffenden Nanorohre 902 und 922 wird teilweise im Ergebnis der Reibung des Kontaktes und durch das Gleiten der Rohre aneinander in thermische Energie umgesetzt. Die thermische Energie wird längs der Nanorohre 902 und 922 zur thermisch leitenden Platte 706 nach unten geleitet.
  • Wie die 8 und 9 zusätzlich zeigen, besitzt jedes der Nanorohre 702 (oder der Nanorohre 802, 822, 902 und 922) infolge des elektrischen Feldes E eine elektrische Ladung zwischen den Kondensatorplatten 704 und 706. Das Aufeinandertreffen der Nanorohre 902 und 922 verteilt weiterhin kinetische Energie des Rohres durch Beschleunigung der elektrischen Ladungen, was seinerseits elektromagnetische Wellen am freien Ende der Nanorohre erzeugt. In dieser Weise wird ein Teil der kinetischen Energie des Arbeitsfluids zur unteren Kondensatorplatte 706 und auf den umgebenden Raum übertragen, weil die elektromagnetische Energie zu einem Nutzeffekt durch Kühlung der Arbeitssubstanz und Erwärmung der unteren Kondensatorplatte 706 führt. Diese Temperaturdifferenz kann dann genutzt werden, um direkt einen Raumabschnitt zu erwärmen oder zu kühlen oder eine Wärmekraftmaschine anzutreiben.
  • 10 zeigt eine weitere Ausführungsform einer elektromechanischen Anordnung 1000 im Nanometerbereich, welche erfindungsgemäß strukturiert ist. Die Anordnung 1000 umfasst viele Nanorohre 1002, die alle mit einer Basis 1004 verbunden sind. Anders als in den vorhergehenden Ausführungsformen sind die Nanorohre 1002 an ihrem oberen Ende in der Weise verschlossen, dass die Gasmoleküle in jedem Nanorohre 1002 gefangen sind. Außerdem ist, wie 10 zeigt, mindestens ein Molekül in jedem Nanorohre 1002 elektrisch geladen (z. B. enthält das einzelne Nanorohr 1012 mindestens ein positiv geladenes Molekül, während das einzelne Nanorohre 1022 mindestens ein negativ geladenes Molekül enthält).
  • Die Anordnung 1000 ist so gestaltet, dass die Nettoladung der Nanorohre 1002 in der Anordnung Null ist, wobei die Hälfte der Rohre positive Ladungen und die andere Hälfte negative Ladungen enthält. In dieser Ausführungsform ergibt sich, weil die geladenen Moleküle gegen die Wände der Nanorohre und die anderen Moleküle innerhalb der Nanorohre stoßen, eine Beschleunigung der Ladung, welche dazu führt, dass elektromagnetische Wellen erzeugt werden, die durch die Rohranordnung in den umgebenden Raum gelangen. Als Ergebnis der elektromagnetischen Strahlung kühlt sich das Gas innerhalb der Nanorohre 1002 ab, wodurch die thermisch leitende Basis 1004 gekühlt wird. In diesem Beispiel kann die verminderte Temperatur der Basis 1004 verwendet werden, um ein Volumen an Fluid zu kühlen, oder sie kann als „kalte Seite" einer Wärmekraftmaschine verwendet werden, was für Fachleute naheliegend ist.
  • 11 zeigt eine elektromechanische Anordnung 1100 im Nanometerbereich, welche entsprechend den erfindungsgemäßen Prinzipien strukturiert ist. Die Anordnung 1100 umfast eine Reihe von Nanometerteilen 1102, welche zwischen einem Paar elektrisch und thermisch leitender Schienen 1104 und 1106 befestigt sind. In dieser Ausführungsform sind die Nanometerteile 1102 Karbon-Nanorohre, und jedes der Nanorohre 1102 ist mit etwas Spiel versehen, welches ermöglicht, dass die Nanorohre in Reaktion auf zufällige Druckveränderungen in der umgebenden Arbeitssubstanz schwingen können. Die Schienen 1104 und 1106 stehen in thermischem Kontakt mit der thermisch leitenden Basis 1108 und sind an dieser befestigt.
  • Es sollte beachtet werden, dass verschiedene andere Nanometerteile anstatt der hier beschriebenen Nanorohre erfindungsgemäß verwendet werden können. Zum Beispiel können die Prinzipien der vorliegenden Erfindung unter Anwendung von im Wesentlichen allem elektrisch leitenden Material, welches in sehr kleine Fasern verformt werden kann, ausgeführt werden. Dies schließt einfache Karbonfasern anstatt von Nanorohren ein.
  • Die in den 11 und 12 dargestellten Nanometerteile (ebenso wie jene, die anhand der 1316 im Weiteren diskutiert werden) führen im Vergleich zu den zuvor beschriebenen Platten zusätzliche Funktionen aus. Zum Beispiel wirken die Nanometerteile nach den 1116 alle als Prallmasse, während sie die Funktionen des zuvor beschriebenen Halteteiles und der Generatoreinrich tung ausüben. Zusätzlich arbeiten die Nanometerteile nach den 11 und 12 auch als Widerstandselement (die 1316 enthalten das Widerstandselement 1304, was im Weiteren noch eingehender beschrieben wird).
  • Mit der thermisch leitenden Basis 1108 ist nach den erfindungsgemäßen Prinzipien ein thermisches Isolationsmaterial 1110 verbunden, welches mindestens einen größeren Teil des ansonsten freiliegenden Bereiches der leitenden Basis 1108 abdeckt. Die Verwendung der Isolierung 1110 unterstützt die Verhinderung von thermischen Energieverlusten. Weiterhin ist es für Fachleute naheliegend, dass eine ähnliche Isolation in den zuvor beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden kann, um die Effektivität dieser Systeme und Anordnungen weiter zu erhöhen.
  • Ein äußeres Magnetfeld (in 11 mit „B" bezeichnet) durchdringt die Anordnung 1100, welche senkrecht zu den Schienen 1104 und 1106 und der Basis 1108 angeordnet ist. Die Funktion der Anordnung 1100 ist in 12 dargestellt, welche einen Bereich der Schienen 1104 und 1106 zeigt und zwei einzelne Nanorohre 1202 und 1222 einschließt (welche einfach zwei benachbarte Nanorohre 1102 sind). Die Nanorohre 1202 und 1222, welche von einer Arbeitssubstanz umschlossen sind, bewegen sich in unregelmäßiger Weise von der entspannten „Ruhe"-Position (die mit gestrichelten Linien 1203 und 1223 dargestellt sind) infolge der zufälligen Veränderungen in der thermischen Bewegung der Moleküle der Arbeitssubstanz. Die Bewegung der Nanorohre 1202 und 1222 bei Vorhandensein des Magnetfeldes ⨂ B induziert ein elektrisches Feld E in Längsrichtung der Nanorohre 1202 und 1222 (wie in 12 dargestellt).
  • Das Feld E veranlasst den Strom „i" zum Fließen, und er fließt von einem Nanorohr entlang einer Schiene über das andere Nanorohr und darauf zur anderen Schiene (was, obwohl er als Strom in Uhrzeigerrichtung dargestellt ist, zu einem anderen Zeitpunkt auch entgegen der Uhrzeigerrichtung geschehen kann, wenn sich die Richtung der Bewegung der Nanorohre ändert und dadurch ein Wechselstrom erzeugt wird). Der Strom, welcher durch die Nanorohre und die Schienen fließt, bewirkt eine Widerstandserwärmung und veranlasst die Wärme entlang der Nanorohre und der Schienen zur leitenden Basis 1108 zu wandern. Das Fluid (entweder ein Gas oder eine Flüssigkeit), welches die Nanorohre umgibt, kühlt sich ab, während die Basis 1108 aufgeheizt wird, wodurch eine Temperaturdifferenz entsteht, die in verschiedener Weise verwendet werden kann (z. B. als Wärmepumpe oder als Wärmekraftmaschine, wie zuvor beschrieben).
  • Die 1316 zeigen in einer weiteren Darstellung die Verwendung einer Isolation entsprechend den erfindungsgemäßen Prinzipien in der Anordnung 1300. Die Anordnung 1300 ist der Anordnung 1100 nach 11 in vielen Aspekten gleich. Die Anordnung 1300 umfasst auch Nanorohre 1302, welche von einer Arbeitssubstanz umgeben sind. Weiterhin, wie zuvor in Bezug auf die Nanorohre 1102 beschrieben, sind die Nanorohre 1302 mit Spiel installiert, so dass sie sich in unregelmäßiger Weise infolge der zufälligen Fluktuation bei der thermischen Bewegung der Moleküle der Arbeitssubstanz bewegen können.
  • Die Anordnung 1300 reagiert ebenfalls auf ein äußeres Magnetfeld B. Wie zuvor beschrieben, induziert die Bewegung der Nanorohre 1302 durch das Magnetfeld B das Fließen eines Wechselstromes, welcher in diesem Fall durch einen Widerstand 1304 geleitet wird, der direkt unterhalb jedes der Nanorohre 1302 angeordnet ist. Der Wert des Widerstands 1304 kann so gewählt werden, dass er etwa das Zweifache des Widerstandes des Nanorohres beträgt, und in diesem Fall wird der größere Teil der erzeugten Energie als Wärme durch den Widerstand abgegeben.
  • Die Anordnung 1300 ist so gestaltet, dass die Widerstände 1304 unterhalb der isolierenden Schicht 1310 und oberhalb des thermisch leitenden Blattes 1312 angeordnet sind. Dies führt dazu, dass die meiste der erzeugten Energie und Wärme mehr nach unten in die Anordnung 1300 gerichtet wird, als nach oben in das Arbeitsfluid. Weiterhin kann die Anordnung 1300 Pfosten 1306 statt der Schienen verwenden, so dass nur ein begrenzter Teil des Oberflächenbereichs, welcher eine erhöhte Temperatur aufweist, dem Arbeitsfluid ausgesetzt ist. Die Widerstände 1304, die Pfosten 1306 und die Anschlüsse des Widerstandes sind von dem thermisch leiten den Blatt 1312 durch eine dünne Schicht von elektrischem Isoliermaterial 1314 isoliert, welches oberhalb der leitenden Schicht 1312 angeordnet ist.
  • Die Wärme vom Widerstand 1304 erhöht die Temperatur des thermisch leitenden Blattes 1312. Die Unterseite des leitenden Blattes 1312 befindet sich in thermischem Kontakt mit einem „heißen" Bereich 1330 eines thermoelektrischen Generators 1334 (das Blatt 1312 ist elektrisch vom heißen Bereich 1330 durch ein elektrisch isolierendes Blatt 1316 isoliert). Ein zweites thermisch leitendes Blatt 1322 befindet sich in thermischem Kontakt mit einem „kalten" Bereich 1332 des thermoelektrischen Generators 1334 (wobei die beiden durch eine dünne Schicht 1318 elektrisch isoliert sind). In dieser Weise wird die erzeugte Wärme vom Widerstand 1304 nach unten durch die Anordnung 1300 und aus der Unterseite der unteren Schicht 1322 geleitet.
  • Die Temperaturdifferenz zwischen den warmen und kalten Bereichen (d. h. 1330 und 1332) des thermoelektrischen Generators 1334 erzeugen an jeder Verbindung eine Gleichspannung. Durch Zusammenführung einer Vielzahl dieser Verbindungen in Serie kann die Anordnung 1300 verwendet werden, um eine verwertbare Spannung zu erzeugen, welche etwa mindestens 1 Volt beträgt, wie dies zuvor für die anderen Ausführungsformen beschrieben wurde. Wenn die Anordnung 1300 verwendet wird, um eine Ladung in der Weise zu betreiben, dass die Ladung in Reihe mit einem thermoelektrischen Generator 1334 verbunden ist, und das Arbeitsfluid gekühlt wird oder innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereichs gehalten wird, wird eine erhöhte Effektivität des Systems erreicht, indem die Ladung vom Arbeitsfluid entfernt gehalten wird, so dass die in der Ladung enthaltene Energie nicht die Temperatur des Arbeitsfluids beeinflusst.
  • Weiterhin, wie am deutlichsten in 15 erkennbar ist, werden zusätzliche Schichten einer thermischen Isolation verwendet, um die warmen Bereiche der Anordnung 1300 von den kalten Bereichen der Anordnung 1300 zu trennen. Insbesondere umfasst die Anordnung 1300 auch eine isolierende Schicht 1342, die zwischen dem leitenden Blatt 1312 und dem kalten Bereich 1332 zwischengefügt ist (tatsäch lich befindet sich, wie dargestellt, die Schicht 1342 unterhalb der elektrischen Isolierschicht 1316). Die Isolierschicht 1352 ist andererseits zwischen einem zweiten leitenden Blatt 1322 und dem warmen Bereich 1330 angeordnet (tatsächlich befindet sich, wie dargestellt, die Schicht 1352 unterhalb der elektrischen Isolierschicht 1318). Diese Isolierschichten erhöhen die Temperaturdifferenz zwischen den warmen und kalten Bereichen des thermoelektrischen Generators und verbessern dadurch den elektrischen Ausgang des thermoelektrischen Generators 1334.
  • Der Betrieb der Anordnung 1300 ist dem der Anordnung 1100 ähnlich, und er ist in 16 dargestellt. Die Bewegung der Nanorohre 1302 in dem äußeren Magnetfeld ⨂ B induziert einen Stromfluss „i", wie dies in 16 dargestellt ist. In diesem Fall verbleibt jedoch der Strom von jedem einzelnen Nanorohr 1302 zusammen mit dem entsprechenden Widerstand 1304 in einer selbständigen Schaltung. Zum Beispiel verbleibt der Strom, welcher in dem einzelnen Nanorohr 1342 induziert wurde in einer „isolierten" Schaltung mit dem einzelnen Widerstand 1344, anders als dass er mit einem benachbarten Nanorohr zusammenwirkt, wie dies mit Bezug auf die Anordnung 1100 beschrieben wurde. Wiederum ist für Fachleute offensichtlich, dass, obwohl die Bewegung von zwei Nanorohren dargestellt ist, die Bewegung von Millionen oder Milliarden von Nanorohren gleichzeitig geschieht.
  • Fachleute werden erkennen, dass, obwohl es möglich ist, dass ein einzelner thermoelektrischer Generatorbereich für jedes einzelne Nanorohr 1302 verfügbar ist, es wahrscheinlich praktisch undurchführbar oder unerschwinglich teuer ist, eine solche Gestaltung zu realisieren. Somit ist es erfindungsgemäß wahrscheinlicher, dass mehrere, wenn nicht sogar Millionen von Nanorohren 1302 mit jedem einzelnen Bereich des thermoelektrischen Generators 1334 thermisch gekoppelt werden.
  • 17 zeigt ein Antriebssystem 1700, welches erfindungsgemäß strukturiert ist, und in welchem ein Objekt, das in eine Arbeitssubstanz eingebettet ist, in einer steuerbaren Richtung bewegt wird, als Ergebnis von Veränderungen beim Aufprall der Moleküle der Arbeitssubstanz auf das Objekt. Das System 1700 umfasst eine Kugel 1702 und eine Anzahl von Elektromagneten 1704, 1706, 1708, 17010, 1712 und 1714 (die Magnete 1712 und 1714 sind mit gestrichelten Linien als einziges Paar dargestellt), welche axial um den Elektronikkern 1716 angeordnet sind („axial" bezieht sich einfach auf den Fakt, dass ein Elektromagnet parallel zu jeder der sechs Seiten des elektronischen Kerns 1716 angeordnet ist und dass die Mitte jedes Elektromagneten mit einer imaginären Achse ausgerichtet ist, welche sich senkrecht zur Kernoberfläche erstreckt). Diese Elektromagnete bilden zusammen mit dem Steuerungssystem ein Antriebssystem, das im Weiteren detaillierter erläutert werden soll, und dabei hilft, die Kugel 1702 anzutreiben.
  • Die Kugel 1702 kann jedes dreidimensionale Objekt sein. Obgleich eine Kugel dargestellt ist, können andere Formen z. B. ein Kubus, ein Zylinder usw. verwendet werden. Die Oberfläche der Kugel 1702 ist mit Anordnungen im Nanometerbereich, z. B. einer Serie von Nanorohren, die an der Oberfläche mit etwas Spiel befestigt sind, abgedeckt, wie dies zuvor unter Bezugnahme auf die 11-16 erläutert wurde.
  • Die Elektromagnete 1704, 1706, 1708, 1710, 1712 und 1714 können z. B. durch eine Batterie oder irgendeine andere Quelle mit Energie versorgt werden. In jedem Fall wird dem elektronischen Kern 1716 von außen Energie zugeführt, welche dann den geeigneten Elektromagneten zugeleitet wird, wie dies im Weiteren beschrieben ist.
  • Es wird angenommen, dass die Kugel 1702 in einem Fluid bei einer von Null abweichenden Temperatur gehalten wird, wenn ein Elektromagnet, z. B. der Elektromagnet 1704 mit Energie beaufschlagt wird, und das resultierende Magnetfeld 1718 senkt zusammen mit der Nanorohranordnung den Fluiddruck unmittelbar oberhalb der Oberfläche. Der verminderte Druck bewirkt, dass sich die Kugel 1702 in Richtung 1720 bewegt (wenn die Antriebskraft stark genug ist). Wenn z. B. der Elektromagnet 1710 ebenfalls mit Energie versorgt wird und dadurch ein Magnetfeld 1722 entsteht, wirkt ebenfalls eine Kraft 1724 auf die Kugel 1702. In diesem Beispiel wird die Kugel 1702 entlang eines Vektors angetrieben, der 45 Grad von den magnetischen Achsen 1718 und 1722 entfernt ist (wie dies durch den Pfeil 1726 dargestellt ist). Durch Variierung des Stromes, der jeden der Elektromagnete zugeführt wird, kann die Bewegung der Kugel 1702 durch ein Fluid gesteuert werden.
  • Aus der vorstehenden Beschreibung können Fachleute erkennen, dass diese Erfindung elektromechanische Anordnungen und Systeme im Nanometerbereich schafft, die verwendet werden können, um eine Form von Energie in eine andere zu wandeln. Die Anordnungen und Systeme können verwendet werden, um z. B. Wärmekraftmaschinen, Wärmepumpen oder Antriebsvorrichtungen zu schaffen. Außerdem können Fachleute erkennen, dass die hier beschriebenen verschiedenen Gestaltungen kombiniert werden können, ohne dass eine Abweichung von der vorliegenden Erfindung eintritt. Zum Beispiel können die in 4 dargestellten Nanorohre anstatt der dargestellten Gestaltung direkt an den piezoelektrischen Generatoren in 4 befestigt sein. Es ist auch erkennbar, dass die Erfindung viele andere Formen als die in dieser Beschreibung dargelegten annehmen kann. Dementsprechend wird mit Nachdruck darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf die dargelegten Verfahren, Systeme und Vorrichtungen beschränkt ist, sondern dass Variationen und Abwandlungen von diesen, welche sich innerhalb des Schutzumfanges der folgenden Patentansprüche befinden, eingeschlossen sein sollen.

Claims (69)

  1. Energieumwandlungssystem, welches in eine Arbeitssubstanz eingebettet ist, die eine Mehrzahl von Molekülen (110) aufweist, wobei das System umfasst: ein Basiselement (108; 208; 370; 706; 1004; 1108; 1322; 1702); und eine Mehrzahl von Anordnungen im Nanometerbereich (300; 400; 500; 600; 700; 1000; 1100; 1300; 1700), welche Energie von einer Form in eine andere umwandeln und mit dem Basiselement gekoppelt sind, und jede der Anordnungen im Nanometerbereich umfasst: eine molekulare Prallmasse, welche die Geschwindigkeit der Molekühle reduziert, die auf die Prallmasse stoßen, wobei die Prallmasse darauf beschränkt ist, sich innerhalb eines vorbestimmten Distanzbereiches zu bewegen.
  2. Energieumwandlungssystem nach Anspruch 1, bei welchem die Prallmasse weiterhin eine Generatoreinrichtung (104) umfasst, welche die kinetische Energie der Prallmasse, die aus dem Stoßen der Moleküle auf die Prallmasse resultiert, in eine andere Energieform umwandelt.
  3. Energieumwandlungssystem nach Anspruch 2, bei welchem die Prallmasse elektrostatisch geladen ist.
  4. Energieumwandlungssystem nach Anspruch 1, bei welchem die Anordnung im Nanometerbereich weiterhin umfasst: eine Generatoreinrichtung (104; 304; 324; 344; 700; 1000), welche die kinetische Energie der Prallmasse, die aus dem Stoßen der Moleküle auf die Prallmasse resultiert, in eine andere Energieform umwandelt.
  5. Energieumwandlungssystem nach Anspruch 4, bei welchem die Generatoreinrichtung ein elektromagnetischer Generator (700; 1000) ist, der die mechanische Energie in elektromagnetische Energie umwandelt.
  6. Energieumwandlungssystem nach Anspruch 3, bei welchem die Prallmasse ein Gasmolekül umfasst.
  7. Energieumwandlungssystem nach Anspruch 6, bei welchem die Gasmoleküle eingeengt sind, indem sie in einem umschließenden Karbon-Nanorohr (1002; 1012; 1022) angeordnet werden.
  8. Energieumwandlungssystem nach Anspruch 7, bei welchem eine erste Hälfte der Mehrzahl von Anordnungen Nanorohre umfasst, die mindestens ein positiv geladenes Gasmolekül (1012) enthalten, und eine zweite Hälfte der Mehrzahl von Anordnungen Nanorohre umfasst, die mindestens ein negativ geladenes Gasmolekül (1022) enthalten.
  9. Energieumwandlungssystem nach Anspruch 4, bei welchem die Prallmasse ein Karbon-Nanorohr (702; 802; 822; 902; 922; 1102; 1202; 1222; 1302) umfasst.
  10. Energieumwandlungssystem nach Anspruch 9, bei welchem das Basiselement eine leitfähige untere Platte (706; 1108; 1322) umfasst.
  11. Energieumwandlungssystem nach Anspruch 1, bei welchem die Anordnung im Nanometerbereich weiterhin umfasst: ein Rückhalteelement (102; 1104; 1106; 1306), welches die Bewegung der Prallmasse innerhalb eines vorbestimmten Distanzbereiches beschränkt.
  12. Energieumwandlungssystem nach Anspruch 1, bei welchem die molekulare Prallmasse zumindest teilweise dazu beiträgt, die Bewegung der Prallmasse innerhalb eines vorbestimmten Distanzbereiches zu beschränken.
  13. Energieumwandlungssystem nach Anspruch 1, bei welchem die Arbeitssubstanz ein Arbeitsfluid ist.
  14. Energieumwandlungssystem nach Anspruch 13, bei welchem das Arbeitsfluid eine erste Substanz umfasst, die mit Partikeln einer zweiten Substanz beladen ist.
  15. Energieumwandlungssystem nach Anspruch 14, bei welchem die zweite Substanz ein Molekül auf Karbonbasis umfasst.
  16. Energieumwandlungssystem nach Anspruch 13, bei welchem das Arbeitsfluid eine Flüssigkeit ist.
  17. Energieumwandlungssystem nach Anspruch 13, bei welchem das Arbeitsfluid ein Gas ist.
  18. Energieumwandlungssystem nach Anspruch 17, bei welchem das Gas Luft mit atmosphärischem Druck ist.
  19. Energieumwandlungssystem nach Anspruch 17, bei welchem die Arbeitssubstanz ein Schwermolekülgas ist.
  20. Energieumwandlungssystem nach Anspruch 19, bei welchem das Schwermolekülgas Xenongas ist.
  21. Energieumwandlungssystem nach Anspruch 13, bei welchem das Arbeitsfluid einen erhöhten Druck besitzt.
  22. Energieumwandlungssystem nach Anspruch 11, bei welchem das Rückhalteelement zwischen der Prallmasse und dem Basiselement gekoppelt ist.
  23. Energieumwandlungssystem nach Anspruch 4, bei welchem die Generatoreinrichtung zwischen der Prallmasse und dem Basiselement gekoppelt ist.
  24. Energieumwandlungssystem nach Anspruch 23, bei welchem die Generatoreinrichtung ein piezoelektrischer Generator (306; 326; 346) ist, der ein Paar von Ausgangsanschlüssen (385; 387) aufweist.
  25. Energieumwandlungssystem nach Anspruch 24, bei welchem die Bewegung der Prallmasse so beschränkt ist, dass sie sich im Wesentlichen zwischen einem neutralen Punkt und einem einzigen Begrenzungspunkt befindet.
  26. Energieumwandlungssystem nach Anspruch 25, bei welchem der piezoelektrische Generator eine pulsierende Gleichspannung erzeugt.
  27. Energieumwandlungssystem nach Anspruch 26, bei welchem jedes Paar der Ausgangsanschlüsse in Serie miteinander gekoppelt ist, um einen Systemausgang zu bilden.
  28. Energieumwandlungssystem nach Anspruch 26, bei welchem jedes Paar von Ausgangsanschlüssen parallel miteinander gekoppelt ist, um einen Systemausgang zu bilden.
  29. Energieumwandlungssystem nach Anspruch 24, bei welchem die Generatoreinrichtung weiterhin umfasst: einen Widerstand (112; 308; 348), der zwischen dem Paar von Ausgangsanschlüssen gekoppelt ist.
  30. Energieumwandlungssystem nach Anspruch 29, bei welchem die Generatoreinrichtung weiterhin umfasst: einen thermoelektrischen Generator (116; 307, 309; 327, 329; 347, 349), der eine warme Seite (114), die thermisch mit dem Widerstand und einer kalten Seite (118) gekoppelt ist; und ein thermisch leitendes Element (360), das mit der kalten Seite gekoppelt ist.
  31. Energieumwandlungssystem nach Anspruch 30, bei welchem die Generatoreinrichtung weiterhin umfasst: eine erste Schicht einer thermischen Isolierung zwischen dem Widerstand und der Arbeitssubstanz; und eine zweite Schicht einer thermischen Isolierung zwischen dem thermoelektrischen Generator und der Arbeitssubstanz.
  32. Energieumwandlungssystem nach Anspruch 30, bei welchem der thermoelektrische Generator weiterhin umfasst: ein Paar von Ausgangsanschlüssen (120).
  33. Energieumwandlungssystem nach Anspruch 32, bei welchem jedes Paar von Ausgangsanschlüssen in Serie miteinander gekoppelt ist, um einen Systemausgang zu bilden.
  34. Energieumwandlungssystem nach Anspruch 33, welches weiterhin umfasst: einen Lastwiderstand (502), der von der Arbeitssubstanz thermisch isoliert ist, wobei der Systemausgang mit dem Lastwiderstand gekoppelt ist.
  35. Energieumwandlungssystem nach Anspruch 34, welches weiterhin umfasst: ein thermisch leitendes Gehäuse (208), welches das Basiselement, die Mehrzahl von Anordnungen im Nanometerbereich und die Arbeitssubstanz enthält.
  36. Energieumwandlungssystem nach Anspruch 35, bei welchem das Energieumwandlungssystem als Wärmepumpe arbeitet, die eine äußere Substanz kühlt.
  37. Energieumwandlungssystem nach Anspruch 35, bei welchem das Energieumwandlungssystem als Wärmepumpe arbeitet, die eine äußere Substanz erwärmt.
  38. Energieumwandlungssystem nach Anspruch 35, welches weiterhin umfasst: eine Wärmekraftmaschine, die zwischen dem Gehäuse und dem Lastwiderstand gekoppelt ist.
  39. Energieumwandlungssystem nach Anspruch 32, bei welchem jedes Paar der Ausgangsanschlüsse parallel miteinander gekoppelt ist, um einen Systemausgang zu bilden.
  40. Energieumwandlungssystem nach Anspruch 29, welches weiterhin umfasst: eine Wärmekraftmaschine, welche eine warme Seite (114) aufweist, die mit dem Widerstand und einer kalten Seite (118), die mit einem Kühlkörper (360) versehen ist, gekoppelt ist.
  41. Energieumwandlungssystem nach Anspruch 1, bei welchem die molekulare Prallmasse eine Platte (100; 302; 322; 342; 402; 422; 442; 490) umfasst.
  42. Energieumwandlungssystem nach Anspruch 41, bei welchem die Platte im Nanometerbereich eine Siliziumplatte ist.
  43. Energieumwandlungssystem nach Anspruch 41, bei welchem die Platte in Nanometerbereich eine Karbonplatte ist.
  44. Energieumwandlungssystem nach Anspruch 41, bei welchem die Prallmasse weiterhin umfasst: eine Mehrzahl von Karbon-Nanorohren (492), von denen jedes an einem Ende mit der Platte (490) verbunden ist.
  45. Energieumwandlungssystem nach Anspruch 1, welches weiterhin umfasst: ein dreidimensionales Objekt, welches eine Außenfläche (1702) aufweist, und die Mehrzahl von Anordnungen im Nanometerbereich an der Außenfläche befestigt sind, wobei das Objekt in die Arbeitssubstanz eingebettet ist.
  46. Energieumwandlungssystem nach Anspruch 45, welches weiterhin umfasst: ein Antriebssystem (1700), welches die Funktion der Mehrzahl von Anordnungen im Nanometerbereich so variiert, dass die Anordnungen auf einen Bereich des Objektes eine Druckdifferenz im Vergleich zur Funktion der Mehrzahl von Anordnungen auf einen anderen Bereich des Objektes schaffen, wobei diese Druckdifferenz eine Gesamtkraft (1724) auf das Objekt verursacht.
  47. Energieumwandlungssystem nach Anspruch 46, bei welchem die Druckdifferenz wirkt, um das Objekt durch die Arbeitssubstanz anzutreiben.
  48. Energieumwandlungssystem nach Anspruch 46, bei welchem das Antriebssystem umfasst: eine Mehrzahl von Elektromagneten (1704; 1706; 1708; 1710; 1712; 1714).
  49. Energieumwandlungssystem nach Anspruch 10, welches weiterhin umfasst: eine obere leitende Platte (704); eine Potentialquelle (710), welche, wenn sie wirkt, ein elektrisches Feld erzeugt, das eine Kraft bildet, welche auf die Prallmassen wirkt und dazu führt, dass die Prallmassen im Wesentlichen rechtwinklig zur Oberfläche der unteren leitenden Platte (706) verbleiben.
  50. Energieumwandlungssystem nach Anspruch 1, bei welchem die Prallmasse ein ersten Ende besitzt, welches am Basiselement befestigt ist und welches zumindest teilweise wirkt, um die Bewegung der Prallmasse innerhalb einer vorbestimmten Distanz zu beschränken, sowie ein zweites Ende, welches zur Bewegung frei ist, wobei die Kollisionen zwischen den zweiten Enden der verschiedenen Prallmassen Reibung erzeugen, welche die kinetische Energie der Prallmassen in thermische Energie umwandelt.
  51. Energieumwandlungssystem nach Anspruch 50, bei welchem die Prallmasse ein Karbon- bzw. Nanorohr (702; 802; 822; 902; 922) umfasst und das Basiselement ein thermisch leitendes Material umfasst.
  52. Energieumwandlungssystem nach Anspruch 51, welches weiterhin umfasst: eine Wärmekraftmaschine, die eine warme Seite (706) aufweist, welche mit dem Basiselement und einer kalten Seite (704), die mit einem Kühlkörper verbunden ist, gekoppelt ist.
  53. Energieumwandlungssystem nach Anspruch 4, bei welchem die Generatoreinrichtung einen Generator für eine elektromotorische Kraft (306; 326; 346; 1100; 1300) umfasst, welcher kinetische Energie in elektrische Energie umwandelt.
  54. Energieumwandlungssystem nach Anspruch 2, bei welchem die Generatoreinrichtung einen Generator für eine elektromotorische Kraft (306; 326; 346; 1100; 1300) umfasst, welcher kinetische Energie in elektrische Energie umwandelt.
  55. Energieumwandlungssystem nach Anspruch 54, bei welchem der Generator für die elektromotorische Kraft umfasst: eine Mehrzahl von Nanometerelementen (1102; 1202; 1222; 1302) von denen jedes lose zwischen einem bestimmten Paar der ersten und zweiten Befestigungspunkte (1306), welche an dem Basiselement so befestigt sind, dass in jedem der Nanometerelemente Spiel vorhanden ist; und ein äußeres Magnetfeld, welches, wenn es auf die Nanometerelemente einwirkt und die Nanometerelemente sich bewegen, eine Spannung zwischen den ersten und den zweiten Befestigungspunkten induziert.
  56. Energieumwandlungssystem nach Anspruch 55, bei welchem das Nanometerelement elektrisch leitfähig ist.
  57. Energieumwandlungssystem nach Anspruch 56, bei welchem das Basiselement thermisch leitfähig ist und das System weiterhin umfasst: eine erste elektrisch und thermisch leitfähige Schiene (1104), wobei die erste Mehrzahl von Befestigungspunkten mit der ersten Schiene verbunden ist und die erste Schiene mit dem Basiselement verbunden ist; und eine zweite elektrisch und thermisch leitfähige Schiene (1106), wobei die zweite Mehrzahl von Befestigungspunkten mit der zweiten Schiene verbunden ist und die zweite Schiene mit dem Basiselement verbunden ist.
  58. Energieumwandlungssystem nach Anspruch 57, bei welchem die Brownsche Molekularbewegung der Nanometerelemente durch das äußere Magnetfeld eine Spannung zwischen jedem einzelnen Paar von ersten und zweiten Befestigungspunkten erzeugt.
  59. Energieumwandlungssystem nach Anspruch 58, bei welchem die Spannung einen elektrischen Strom erzeugt, der vom ersten Nanometerelement zur ersten Schiene, durch ein zweites Nanometerelement, durch die zweite Schiene und zu dem ersten Nanometerelement fließt.
  60. Energieumwandlungssystem nach Anspruch 59, bei welchem der Strom dazu führt, dass die Nanometerelemente und die ersten und zweiten Schienen sich erwärmen und die thermische Energie von der ersten und zweiten Schiene zum Basiselement übertragen wird.
  61. Energieumwandlungssystem nach Anspruch 60, welches weiterhin umfasst: eine thermische Isolierschicht (1110), die mit einer Fläche des Basiselementes zwischen dem Basiselement und dem Nanometerelement verbunden ist, wobei die Isolierung im Wesentlichen die genannte Fläche des Basiselementes abdeckt.
  62. Energieumwandlungssystem nach Anspruch 55, bei welchem das Nanometerelement ein Karbon-Nanorohr (1102; 1202; 1222) umfasst.
  63. Energieumwandlungssystem nach Anspruch 2, bei welchem die Prallmasse umfasst: ein Nanometerelement (1102; 1202; 1222; 1302), welches lose zwischen einem Paar von ersten und zweiten Befestigungspunkten (1306) angeordnet ist, die mit dem Basiselement so verbunden sind, dass ein Spiel in dem Nanometerelement vorhanden ist; und ein äußeres Magnetfeld, dass, wenn es auf das Nanometerelement wirkt, und sich das Nanometerelement bewegt, eine Spannung zwischen den ersten und den zweiten Befestigungspunkten induziert.
  64. Energieumwandlungssystem nach Anspruch 55, bei welchem das Basiselement thermisch leitfähig ist und das System weiterhin umfasst: einen Widerstand (1304), welcher elektrisch zwischen dem ersten und zweiten Punkt und thermisch mit der Basis gekoppelt ist; und eine Mehrzahl von thermoelektrischen Generatoren (1334), welche erste und zweite thermisch reagierende Elemente (1330; 1332) sowie ein Paar von Generatorausgangsanschlüssen umfasst, wobei jeder der ersten thermisch reagierenden Elemente mit dem Basiselement und jeder der Ausgangsanschlüsse in Serie miteinander verbunden sind.
  65. Energieumwandlungssystem nach Anspruch 1, bei welchem die Prallmasse einen kompressiblen Bereich eines piezoelektrischen Generators (306; 326; 346) umfasst.
  66. Energieumwandlungssystem nach Anspruch 4, bei welchem die Generatoreinrichtung ein piezoelektrischer Generator (306; 326; 346) ist.
  67. Energieumwandlungssystem nach Anspruch 66, bei welchem die Prallmasse einen kompressiblen Bereich des piezoelektrischen Generators umfasst.
  68. Energieumwandlungssystem nach Anspruch 1, bei welchem die Prallmasse Energie von einer Form in eine andere Form umwandelt und wirksam ist, um sich selbst gegenüber einer Bewegung über einen vorbestimmten Distanzbereich hinaus zu beschränken.
  69. Energieumwandlungssystem nach Anspruch 68, bei welchem die Prallmasse ein Karbon-Nanorohr (702; 802; 822; 902; 922; 1102; 1202; 1222; 1302) umfasst.
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Families Citing this family (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6593666B1 (en) * 2001-06-20 2003-07-15 Ambient Systems, Inc. Energy conversion systems using nanometer scale assemblies and methods for using same
AU2003237839A1 (en) * 2002-05-13 2003-11-11 University Of Florida Resonant energy mems array and system including dynamically modifiable power processor
US7312694B2 (en) 2003-03-14 2007-12-25 Ameren Corporation Capacitive couplers and methods for communicating data over an electrical power delivery system
US7199498B2 (en) * 2003-06-02 2007-04-03 Ambient Systems, Inc. Electrical assemblies using molecular-scale electrically conductive and mechanically flexible beams and methods for application of same
US7148579B2 (en) * 2003-06-02 2006-12-12 Ambient Systems, Inc. Energy conversion systems utilizing parallel array of automatic switches and generators
US7095645B2 (en) * 2003-06-02 2006-08-22 Ambient Systems, Inc. Nanoelectromechanical memory cells and data storage devices
US20040238907A1 (en) * 2003-06-02 2004-12-02 Pinkerton Joseph F. Nanoelectromechanical transistors and switch systems
TWI231644B (en) * 2003-06-12 2005-04-21 Tung Chiou Yue Application of low-temperature solid-state type thermo-electric power converter
US6927475B2 (en) * 2003-11-19 2005-08-09 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Power generator and method for forming same
US6975043B2 (en) * 2003-12-22 2005-12-13 Rosemount, Inc. Pressurized gas to electrical energy conversion for low-power field devices
JP2008506548A (ja) * 2004-07-19 2008-03-06 アンビエント システムズ, インコーポレイテッド ナノスケール静電および電磁モータおよび発電機
EP1902143A1 (de) 2005-03-29 2008-03-26 Applera Corporation System auf nanodrahtbasis zur analyse von nukleinsäuren
DE102005018867B4 (de) * 2005-04-22 2008-01-31 Siemens Ag Piezoelektrischer Mikro-Power Wandler
US20070048160A1 (en) * 2005-07-19 2007-03-01 Pinkerton Joseph F Heat activated nanometer-scale pump
GB2429337B (en) * 2005-08-15 2009-10-14 Perpetuum Ltd An electromechanical generator for converting mechanical vibrational energy into electrical energy
FR2897486B1 (fr) 2006-02-13 2011-07-22 Commissariat Energie Atomique Systeme de conversion d'energie a distance d'entrefer variable et procede de recuperation d'energie
WO2007146769A2 (en) * 2006-06-13 2007-12-21 Georgia Tech Research Corporation Nano-piezoelectronics
DE102006028534A1 (de) * 2006-06-21 2007-12-27 Epcos Ag Piezoelektrischer Generator
US8148001B2 (en) * 2006-08-08 2012-04-03 Massachusetts Institute Of Technology Devices for storing energy in the mechanical deformation of nanotube molecules and recovering the energy from mechanically deformed nanotube molecules
CA2659839C (en) * 2006-08-14 2012-03-20 Liangju Lu Vibration power generation
CA2707177A1 (en) * 2006-12-01 2008-06-05 Humdinger Wind Energy, Llc Generator utilizing fluid-induced oscillations
US7573143B2 (en) * 2006-12-01 2009-08-11 Humdinger Wind Energy, Llc Generator utilizing fluid-induced oscillations
US8385113B2 (en) 2007-04-03 2013-02-26 Cjp Ip Holdings, Ltd. Nanoelectromechanical systems and methods for making the same
US7986051B2 (en) 2007-05-30 2011-07-26 Humdinger Wind Enery LLC Energy converters utilizing fluid-induced oscillations
US7772712B2 (en) 2007-05-30 2010-08-10 Humdinger Wind Energy, Llc Fluid-induced energy converter with curved parts
US20090179523A1 (en) * 2007-06-08 2009-07-16 Georgia Tech Research Corporation Self-activated nanoscale piezoelectric motion sensor
US10670001B2 (en) * 2008-02-21 2020-06-02 Clean Energy Labs, Llc Energy conversion system including a ballistic rectifier assembly and uses thereof
US8022601B2 (en) * 2008-03-17 2011-09-20 Georgia Tech Research Corporation Piezoelectric-coated carbon nanotube generators
TWM346265U (en) * 2008-05-08 2008-12-01 Asia Vital Components Co Ltd Heat dissipation structure
US20100326503A1 (en) * 2008-05-08 2010-12-30 Georgia Tech Research Corporation Fiber Optic Solar Nanogenerator Cells
US7705523B2 (en) * 2008-05-27 2010-04-27 Georgia Tech Research Corporation Hybrid solar nanogenerator cells
US8294141B2 (en) * 2008-07-07 2012-10-23 Georgia Tech Research Corporation Super sensitive UV detector using polymer functionalized nanobelts
US8258644B2 (en) * 2009-10-12 2012-09-04 Kaplan A Morris Apparatus for harvesting energy from flow-induced oscillations and method for the same
US9039359B2 (en) * 2011-01-05 2015-05-26 Lee Ervin Kinetic energy atom-powered engine
US8742648B2 (en) * 2011-11-30 2014-06-03 At&T Intellectual Property I, L.P. Method and apparatus for harvesting energy based on the random occurrence of common direction molecules

Family Cites Families (102)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2979551A (en) * 1959-03-02 1961-04-11 Herschel G Pack Thermoelectric generator
US3181365A (en) 1961-01-09 1965-05-04 Gen Precision Inc Thermal noise investigation
US3252013A (en) * 1963-01-18 1966-05-17 Varo Thermal oscillator utilizing rate of thermal flow
GB1031862A (en) * 1963-11-04 1966-06-02 Nat Res Dev Electric current generation by means of thermionic energy converters
US3609593A (en) * 1966-05-25 1971-09-28 Bell Telephone Labor Inc Vibratory reed device
US3508089A (en) * 1967-03-31 1970-04-21 Clifton C Cheshire Apparatus for converting heat directly into electric energy
US3500451A (en) * 1967-06-29 1970-03-10 Gen Telephone & Elect Piezoelectric voltage generator
US3495101A (en) * 1969-01-08 1970-02-10 Gen Electric Thermal motor
US4152537A (en) * 1977-11-14 1979-05-01 Hansch Ronald V Electricity generator
US4387318A (en) * 1981-06-04 1983-06-07 Piezo Electric Products, Inc. Piezoelectric fluid-electric generator
DE3323243A1 (de) * 1983-02-02 1985-01-10 Leuze electronic GmbH + Co, 7311 Owen Einrichtung zur erzeugung der fuer den betrieb von eine strahlung emittierenden halbleiterdioden erforderlichen stromimpulse
US4536674A (en) 1984-06-22 1985-08-20 Schmidt V Hugo Piezoelectric wind generator
JPS6244079A (ja) * 1985-08-20 1987-02-26 Masafumi Yano エネルギ−変換装置
JPH07104217B2 (ja) 1988-05-27 1995-11-13 横河電機株式会社 振動式トランスデューサとその製造方法
JPH024516A (ja) * 1988-06-23 1990-01-09 Seiko Epson Corp インクジェットヘッド
GB2225161B (en) * 1988-11-18 1992-08-26 Strachan Aspden Ltd Thermoelectric energy conversion
DE69029478T2 (de) 1989-06-23 1997-05-15 Univ Leland Stanford Junior Verfahren und vorrichtung zum speichern numerischer informationen in form gespeicherter ladungen
US5216631A (en) 1990-11-02 1993-06-01 Sliwa Jr John W Microvibratory memory device
JP3109861B2 (ja) 1991-06-12 2000-11-20 キヤノン株式会社 情報の記録及び/又は再生装置
GB9309327D0 (en) 1993-05-06 1993-06-23 Smith Charles G Bi-stable memory element
US5619061A (en) 1993-07-27 1997-04-08 Texas Instruments Incorporated Micromechanical microwave switching
WO1996008701A1 (en) 1994-09-12 1996-03-21 International Business Machines Corporation Electromechanical transducer
US5649454A (en) * 1995-05-15 1997-07-22 Purdue Research Foundation Compliant constant-force mechanism and devices formed therewith
US5578976A (en) 1995-06-22 1996-11-26 Rockwell International Corporation Micro electromechanical RF switch
JPH11515092A (ja) * 1995-07-20 1999-12-21 コーネル・リサーチ・ファンデーション・インコーポレイテッド 高感度力検出のための超小型化ねじれキャンティレバー
US5828394A (en) 1995-09-20 1998-10-27 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Fluid drop ejector and method
US5621258A (en) 1995-09-29 1997-04-15 Stevenson; William W. Toy motor with partial coil rotor
US6445006B1 (en) 1995-12-20 2002-09-03 Advanced Technology Materials, Inc. Microelectronic and microelectromechanical devices comprising carbon nanotube components, and methods of making same
US5638946A (en) 1996-01-11 1997-06-17 Northeastern University Micromechanical switch with insulated switch contact
US6475639B2 (en) * 1996-01-18 2002-11-05 Mohsen Shahinpoor Ionic polymer sensors and actuators
US6300756B2 (en) 1996-06-12 2001-10-09 The Trustees Of Princeton University Micro-mechanical probes for charge sensing
US5835477A (en) 1996-07-10 1998-11-10 International Business Machines Corporation Mass-storage applications of local probe arrays
US5768192A (en) 1996-07-23 1998-06-16 Saifun Semiconductors, Ltd. Non-volatile semiconductor memory cell utilizing asymmetrical charge trapping
US6768165B1 (en) 1997-08-01 2004-07-27 Saifun Semiconductors Ltd. Two bit non-volatile electrically erasable and programmable semiconductor memory cell utilizing asymmetrical charge trapping
US6123819A (en) * 1997-11-12 2000-09-26 Protiveris, Inc. Nanoelectrode arrays
US5964242A (en) 1998-01-23 1999-10-12 Aesop, Inc. Method of and apparatus for substance processing with small opening gates actuated and controlled by large displacement members having fine surface finishing
JP2876530B1 (ja) * 1998-02-24 1999-03-31 東京工業大学長 固着した可動部の修復手段を具える超小型素子およびその製造方法
DE19834672C1 (de) 1998-07-31 2000-02-17 Siemens Ag Elektromagnetischer Spannungsgenerator
US6424079B1 (en) * 1998-08-28 2002-07-23 Ocean Power Technologies, Inc. Energy harvesting eel
US6261469B1 (en) * 1998-10-13 2001-07-17 Honeywell International Inc. Three dimensionally periodic structural assemblies on nanometer and longer scales
US6157042A (en) 1998-11-03 2000-12-05 Lockheed Martin Corporation Optical cavity enhancement infrared photodetector
US6127744A (en) 1998-11-23 2000-10-03 Raytheon Company Method and apparatus for an improved micro-electrical mechanical switch
DE69935422T2 (de) 1998-12-03 2007-11-29 Daiken Chemical Co. Ltd. Oberflächen-signal-kommando-sonde eines elektronischen gerätes und verfahren zu ihrer herstellung
US6054745A (en) 1999-01-04 2000-04-25 International Business Machines Corporation Nonvolatile memory cell using microelectromechanical device
US6160230A (en) 1999-03-01 2000-12-12 Raytheon Company Method and apparatus for an improved single pole double throw micro-electrical mechanical switch
AU2565800A (en) 1999-03-18 2000-10-04 Cavendish Kinetics Limited Flash memory cell having a flexible element
US6459095B1 (en) 1999-03-29 2002-10-01 Hewlett-Packard Company Chemically synthesized and assembled electronics devices
US6256767B1 (en) 1999-03-29 2001-07-03 Hewlett-Packard Company Demultiplexer for a molecular wire crossbar network (MWCN DEMUX)
US6069540A (en) 1999-04-23 2000-05-30 Trw Inc. Micro-electro system (MEMS) switch
US7371962B2 (en) * 1999-05-04 2008-05-13 Neokismet, Llc Diode energy converter for chemical kinetic electron energy transfer
US6114620A (en) * 1999-05-04 2000-09-05 Neokismet, L.L.C. Pre-equilibrium chemical reaction energy converter
EP1194960B1 (de) 1999-07-02 2010-09-15 President and Fellows of Harvard College Nanoskopischen draht enthaltende anordnung, logische felder und verfahren zu deren herstellung
US6593731B1 (en) 1999-07-08 2003-07-15 California Institute Of Technology Displacement transducer utilizing miniaturized magnet and hall junction
US6444896B1 (en) * 1999-08-27 2002-09-03 Massachusetts Institute Of Technology Quantum dot thermoelectric materials and devices
WO2001020760A1 (en) 1999-09-16 2001-03-22 Ut-Battelle, Llc Piezoelectric power generator
JP2001157470A (ja) 1999-11-24 2001-06-08 Usc Corp 圧電発電装置
US6327909B1 (en) 1999-11-30 2001-12-11 Xerox Corporation Bistable mechanical sensors capable of threshold detection and automatic elimination of excessively high amplitude data
US6953977B2 (en) * 2000-02-08 2005-10-11 Boston Microsystems, Inc. Micromechanical piezoelectric device
EP1261862A2 (de) 2000-02-22 2002-12-04 California Institute of Technology Entwicklung eines auf selbstproduzierten nanoarrays basierenden gelfreien molekularsiebes
US6669256B2 (en) 2000-03-08 2003-12-30 Yoshikazu Nakayama Nanotweezers and nanomanipulator
WO2001068512A1 (fr) 2000-03-17 2001-09-20 Japan Science And Technology Corporation Micro-actionneur et procede de fabrication correspondant
JP3074105U (ja) 2000-06-15 2000-12-19 清彦 三嘴 発電装置
US6669265B2 (en) * 2000-06-30 2003-12-30 Owens Corning Fiberglas Technology, Inc. Multidensity liner/insulator
JP3859199B2 (ja) * 2000-07-18 2006-12-20 エルジー エレクトロニクス インコーポレイティド カーボンナノチューブの水平成長方法及びこれを利用した電界効果トランジスタ
EP1315278A4 (de) 2000-08-07 2005-10-12 Norio Akamatsu Solarenergiewandler
JP4140180B2 (ja) 2000-08-31 2008-08-27 富士ゼロックス株式会社 トランジスタ
US6708491B1 (en) 2000-09-12 2004-03-23 3M Innovative Properties Company Direct acting vertical thermal actuator
US6730370B1 (en) 2000-09-26 2004-05-04 Sveinn Olafsson Method and apparatus for processing materials by applying a controlled succession of thermal spikes or shockwaves through a growth medium
AU2001297790B2 (en) * 2000-10-25 2006-10-12 Washington State University Research Foundation Piezoelectric micro-transducers, methods of use and manufacturing methods for same
US6559550B2 (en) 2000-11-03 2003-05-06 Lockheed Martin Corporation Nanoscale piezoelectric generation system using carbon nanotube
US6548841B2 (en) 2000-11-09 2003-04-15 Texas Instruments Incorporated Nanomechanical switches and circuits
US6828800B2 (en) * 2000-12-14 2004-12-07 Yeda Research And Development Co. Ltd. Single-molecule detector
US6674932B1 (en) 2000-12-14 2004-01-06 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Bistable molecular mechanical devices with a middle rotating segment activated by an electric field for electronic switching, gating, and memory applications
US6597048B1 (en) 2000-12-26 2003-07-22 Cornell Research Foundation Electrostatically charged microstructures
US6756795B2 (en) 2001-01-19 2004-06-29 California Institute Of Technology Carbon nanobimorph actuator and sensor
TW554388B (en) 2001-03-30 2003-09-21 Univ California Methods of fabricating nanostructures and nanowires and devices fabricated therefrom
US6803840B2 (en) 2001-03-30 2004-10-12 California Institute Of Technology Pattern-aligned carbon nanotube growth and tunable resonator apparatus
US6611033B2 (en) 2001-04-12 2003-08-26 Ibm Corporation Micromachined electromechanical (MEM) random access memory array and method of making same
EP1390287A2 (de) 2001-05-04 2004-02-25 California Institute Of Technology Vorrichtung und verfahren zur hochempfindlichen nanoelektromechanischen massendetektion
DE10123876A1 (de) 2001-05-16 2002-11-28 Infineon Technologies Ag Nanoröhren-Anordnung und Verfahren zum Herstellen einer Nanoröhren-Anordnung
US6593666B1 (en) * 2001-06-20 2003-07-15 Ambient Systems, Inc. Energy conversion systems using nanometer scale assemblies and methods for using same
US6911682B2 (en) 2001-12-28 2005-06-28 Nantero, Inc. Electromechanical three-trace junction devices
US6643165B2 (en) 2001-07-25 2003-11-04 Nantero, Inc. Electromechanical memory having cell selection circuitry constructed with nanotube technology
US6919592B2 (en) 2001-07-25 2005-07-19 Nantero, Inc. Electromechanical memory array using nanotube ribbons and method for making same
US6574130B2 (en) 2001-07-25 2003-06-03 Nantero, Inc. Hybrid circuit having nanotube electromechanical memory
US6672925B2 (en) 2001-08-17 2004-01-06 Motorola, Inc. Vacuum microelectronic device and method
JP4096303B2 (ja) 2001-12-28 2008-06-04 エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社 走査型プローブ顕微鏡
US6433543B1 (en) * 2002-01-04 2002-08-13 Mohsen Shahinpoor Smart fiber optic magnetometer
KR100494067B1 (ko) * 2002-02-25 2005-06-13 한국과학기술연구원 기포를 이용한 미소 전자 기계 구조의 발전장치
US6905655B2 (en) 2002-03-15 2005-06-14 Nanomix, Inc. Modification of selectivity for sensing for nanostructure device arrays
SE0200868D0 (sv) 2002-03-20 2002-03-20 Chalmers Technology Licensing Theoretical model för a nanorelay and same relay
US6762116B1 (en) 2002-06-12 2004-07-13 Zyvex Corporation System and method for fabricating microcomponent parts on a substrate having pre-fabricated electronic circuitry thereon
JP3969228B2 (ja) 2002-07-19 2007-09-05 松下電工株式会社 機械的変形量検出センサ及びそれを用いた加速度センサ、圧力センサ
US20040157304A1 (en) 2002-09-18 2004-08-12 Purdue Research Foundation Molecular rotary nanomotor and methods of use
US7304416B2 (en) 2003-02-21 2007-12-04 Jeffrey D Mullen Maximizing power generation in and distributing force amongst piezoelectric generators
TW563696U (en) 2003-03-20 2003-11-21 Ind Tech Res Inst Miniature cooling and electricity generating structure
US7148579B2 (en) * 2003-06-02 2006-12-12 Ambient Systems, Inc. Energy conversion systems utilizing parallel array of automatic switches and generators
US7095645B2 (en) 2003-06-02 2006-08-22 Ambient Systems, Inc. Nanoelectromechanical memory cells and data storage devices
US7199498B2 (en) * 2003-06-02 2007-04-03 Ambient Systems, Inc. Electrical assemblies using molecular-scale electrically conductive and mechanically flexible beams and methods for application of same
US20040238907A1 (en) 2003-06-02 2004-12-02 Pinkerton Joseph F. Nanoelectromechanical transistors and switch systems
WO2005017967A2 (en) 2003-08-13 2005-02-24 Nantero, Inc. Nanotube device structure and methods of fabrication
US20080011058A1 (en) * 2006-03-20 2008-01-17 The Regents Of The University Of California Piezoresistive cantilever based nanoflow and viscosity sensor for microchannels

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