ナノ発電機
TENGの設計では、二つの帯電材料が電子を引き付ける強さに差をつけたり、表面形状を変化させることで両極に生成する電荷を最大化する。これはつまり、帯電体の表面に分子が吸着するとその種類や密度によって出力が左右されることを意味するので、TENGを化学センサや生物化学センサとして用いる可能性が開かれる。たとえば、帯電体の接触面に金ナノ粒子を堆積させるとTENGの性能は変化する。ナノ粒子はプレートが完全に密着することを防ぐスペーサーとなるほか、プレート同士の接触面積を増加させることでTENGの出力を増大させる働きがある。そして、Hgイオンを捕獲する働きを持つ3-メルカプトプロピオン酸 (3-MPA) 分子で金粒子表面を修飾すると、Hg2+イオンを捉えた金ナノ粒子は摩擦帯電特性が一変することから、高感度かつ選択的なHgイオンセンサとなる。またHg以外の金属イオンやDNA、タンパク質のような生体分子など、被験物質が選択的に結合することでスイッチがオンオフされるようなTENGセンサを作製できる可能性が指摘されている。
ナノ発電機の圧電材料候補となる物質はさまざまだが、中でも酸化亜鉛(ZnO)、硫化カドミウム(CdS)、窒化ガリウム(GaN)などウルツ鉱型の結晶構造を持つ物質が注目されている。その最大の特長は水熱合成法という簡便で低コストの加工法にある。水熱合成では結晶性の物質を垂直に成長させられるのに加え、100°C以下の低温で実行できるため、基板を選択する上で融点のような物性を考慮しなくてすむ。
より圧電性の優れたナノワイヤを求める動きの中で、ウルツ鉱型以外の圧電体も開発が進められてきた。ジョージア工科大学のワンはp型半導体ZnOナノワイヤを導入した。n型半導体の場合と異なりp型では電荷担体がホールであるため、ショットキー接合の機能はn型とは逆となり、ナノ構造の中でホールが蓄積した部分から電気信号が発生する。p型ZnOナノワイヤから生成される出力信号はn型の10倍近くになることが示されている。
ペロブスカイト構造を取る物質がウルツ鉱型構造より圧電効率が良い点に注目して、イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校のM・F・ユーはチタン酸バリウム(BaTiO3)ナノワイヤの研究を行ってきた。