نانو ابر خازنی به نام (الکترواستاتیک) Nano cloud capacitor -- ضخامت کل هر نانو خازن های الکترواستاتیک فقط ۲۵ نانومتر

نانو خازن های الکترواستاتیک  از فاصله بسیار کم بین الکترودهایشان نیز بهره می برند و نانو خازن های الکترواستاتیک از این نظر منحصر به فرد است. اگر الکترودها از هم دور باشند، بارهای مشابه روی سطح آنها به شدت یکدیگر را دفع می کنند. هنگامی که الکترودها نزدیکتر به هم قرار می گیرند، بارهای منفی و مثبت در هر دو طرف این نیروهای دافعه را متعادل می کنند و بار کل بیشتری را می توان در یک منطقه معین ذخیره کرد.

ضخامت کل هر نانو خازن های الکترواستاتیک فقط 25 نانومتر است و بارها می توانند به هم نزدیک شوند. تا کنون، آرایه های نانو خازن های الکترواستاتیک نمی توانند کل انرژی زیادی را ذخیره کنند، زیرا آنها بسیار کوچک هستند. نانو خازن های الکترواستاتیک حاوی میلیاردها نانو خازن برای ذخیره مقادیر زیادی انرژی است. افزایش مقیاس تا یک سطح عملی بی اهمیت نیست، اما این جفت با هم برای ایجاد آرایه های بزرگتر کار می کنند.در ساختار نانو خازن های الکترواستاتیک می توانند به طور موثر چندین آرایه را به یکدیگر متصل کنند.یکی از مزیت های روش ساخت نانو خازن های الکترواستاتیک این است که می توان ابعاد نانو حفره و ضخامت های مربوط به الکترود و عایق را به دقت کنترل کرد.به طور کلی،  نانو ابر خازن الکتریکی می توانند مقادیر زیادی انرژی ذخیره کنند، اما تمایل دارند به آرامی شارژ شوند و به سرعت فرسوده شوند. در همین حال، خازن ها طول عمر بیشتری دارند و می توانند به سرعت تخلیه شوند، اما کل انرژی بسیار کمتری را ذخیره می کنند. برای ساخت  نانو ابر خازن الکتریکی میتوان آرایه های نانو ساختاری از خازن های الکترواستاتیک را ایجاد کرد.نانو خازن های الکترواستاتیک ساده ترین نوع دستگاه ذخیره سازی الکترونیکی انرژی هستند. آنها بار الکتریکی را روی سطح دو الکترود فلزی که توسط یک ماده عایق از هم جدا شده اند ذخیره می کنند. ظرفیت ذخیره سازی  نانو ابر خازن الکتریکی  به طور مستقیم با سطح این الکترودهای ساندویچ مانند متناسب است. ظرفیت ذخیره سازی  نانو ابر خازن الکتریکی را میتوان با استفاده از نانو ساختار برای افزایش سطح ذخیره انرژی افزایش داد. الکترود های نانو ابر خازن الکتریکی مانند الکترود های موجود در خازن های معمولی کار می کنند، اما به جای صاف بودن، لوله ای هستند و در عمق نانو حفره ها جمع می شوند.

در ساختار (نانو ابر خازن ها) هدایت الکتریکی از یک هادی به یک نیمه هادی و یا یک عایق قابل تغییر الکتریکی نانو لوله ها بسته به ساختار و زاویه کایرال مولکولی آنها میباشد. از آنجایی که نانو لوله های کربنی قادرند جریان الکتریسته را به وسیله انتقال بالستیک الکترون بدون اصطکاک از سطح خود عبور دهند- این جریان صد برابر بیشتر از جریانی است که از سیم مسی عبور میکند- لذا نانولوله ها انتخاب ایده آلی برای  ساخت (نانو ابر خازن ها) میباشند.

نانو مولکولهای آلی ریز شبه کلروفیلی در (نانو ابر خازن ها) از جنس نانو لوله های کربنی میباشد، اگر چه کشف نانو لوله های کربنی کوچک اما بسیار مقاوم، انعطاف پذیر و رسانا با ابعادی در حد رشته های DNA بوده است و استفاده از مولکولهای آلی ریز شبه کلروفیلی به جای خازن های ذخیره بار در (نانو ابر خازن ها) از نوع نانو جذب کند. نانو بلورها  که کاربرد آن موجب افزایش طول عمر ابر حافظه های نانو  خواهد شد.

در واقع با استفاده از  فناوری نانو می توان ظرفیت ذخیره سازی انرژی را در حد هزار برابر یا بیشتر افزایش داد. ذخیره سازی انرژی مبحثی بسیار مهم و ضروری است که می تواند به روش های مختلفی از طریق نانو مولکولهای آلی ریز شبه کلروفیلی در (نانو ابر خازن ها) انجام شود.یکی از ابزار جدید ذخیره گسترده انرژی استفاده از نقاط کوانتومی نیکلی در اندازه های نانومتری است که انتظار می رود برای ذخیره کردن نانو مولکولهای آلی ریز شبه کلروفیلی در (نانو ابر خازن ها)، مورد استفاده قرار گیرد. با توجه به (نانو ابر خازن ها)، پتانسیل بالایی برای فعالیت در این زمینه وجود دارد.ساختار و ساختمان  ابر خازن ها بر پایه  نانو الکترونیک 100 برابر بار بیشتری نسبت به انواع الکترولیت در حجم مساوی ذخیره کنند و با سرعت بسیار بیشتری نسبت به باتری شارژ و تخلیه شوند. البته هنوز این خازنها تا 10 برابر بار کمتری نسبت به بعضی انواع باتری در حجم مساوی ذخیره میکنند باتوجه به این ویژگیها، ابرخازنها در مواردی، که نیاز به دفعات مکرر شارژ و تخلیه باشد، سرعت شارژ بالا موردنیاز باشد و یا نیاز به تخلیه ناگهانی بار باشد، مورد استفاده قرار میگیرند.(تاکنون مصرف عمده آنها در صنایع الکترونیک به عنوان پشتیبان برای نانو ابر خازن ها بوده است.)نانو الکترونیک طرحواره ای از یک ابر خازن در نشان داده شده است. ایده اصلی برای رسیدن به ظرفیت بالای خازنی کاهش فاصله بارهای مثبت و منفی در خازن است. طراحی این خازنها به گونه ای است که ضخامت لایه دیالکتریک در آنها از یک یا چند ملکول تجاوز نمیکند.تولید نانو ابرخازن ها با استفاده از نانو ذرات که می توانند قطبی شوند به گونه ای که بتوان انرژی الکتریکی را ذخیره کرد. فناوری چند لایه نانو ساختار (حالت جامد) یک ماده دی الکتریک شناخته شده است که در نانو ابرخازن ها استفاده می شود زیرا یک ماده پیزوالکتریک و فروالکتریک است.در این کار، با ایجاد فیلترهای غیر فعال، قابلیت ذخیره سازی بین انواع مختلف این نانو لایه های الکتریکی را فراهم میکنند.میزان خواص الکتریکی در مواد جامد (نانو ابرخازن ها) بسیار متنوع است. بر اساس میزان مقاومت (نانو ابرخازن ها) در مقابل عبور جریان الکتریکی، مواد مختلف را می توان به دسته های رسانا، نیمه رسانا و عایق دسته بندی کرد. این در حالی است که در ابر رسانا ها ساز و کار متفاوتی برای هدایت الکترون ها وجود دارد.رسانایی الکتریکی یک (نانو ابرخازن ) را می توان به تعداد الکترون های آزادی که تحت تاثیر یک میدان الکتریکی خارجی آزادانه در ماده حرکت می کنند و همچنین موبیلیته (Mobility) که معیاری از توانایی و سرعت حرکت الکترون های آزاد است ، نسبت داد.

خواص دی الکتریک یا عایق الکتریکی در(نانو ابرخازن ها)

در (نانو ابرخازن ها) دی الکتریک، یک عایق الکتریکی است که می تواند با اعمال میدان الکتریکی قطبیت شود. در ساختار (نانو ابرخازن ها) دی الکتریک ایده آل بار آزاد ندارد. هنگامی که یک دی الکتریک در میدان الکتریکی خارجی قرار می گیرد، بار های آزاد القائی که در هادی ها به سوی سطح حرکت کرده و چگالی بار و میدان الکتریکی داخلی را صفر می کردند، دیگر وجود ندارند. اما چون دی الکتریک  (نانو ابرخازن ها) بار مقید دارد، نمی توان نتیجه گرفت که تاثیری بر میدان الکتریکی قرار گرفته در آن ندارند.

اثر پیزو الکتریک یا اثر فشار الکتریکی در (نانو ابرخازن ها):

یکی از ویژگی های غیر معمولی که برخی (نانو ابرخازن ها) از خود نشان میدهند، پدیده پیزوالکتریک یا اثر فشار برقی است. با اعمال نیروی خارجی، دو قطبی های این (نانو ابرخازن ها) تحریک می شوند و میدان الکتریکی ایجاد می شود. وارونه کردن اثر نیرو (مثلا از کششی به فشاری) جهت میدان را معکوس می کند.

اثر پیرو الکتریسیته یا اثر فشار الکتریکی در(نانو ابرخازن ها):

پیروالکتریسیته پدیده ای است که در اثر آن هنگام دادن گرما به یک ماده، آن ماده الکتریسیته تولید می کند این پدیده با پدیده ترموالکتریک در (نانو ابرخازن ها) متفاوت است.تغییر دما، موقعیت اتمی را در ساختار بلوری کمی تغییر می دهد، به نحوی که وضعیت قطبی ماده دی الکتریک (نانو ابرخازن ها) تغییر می کند. این تغییر قطبی باعث افزایش ولتاژ در(نانو ابرخازن ها) می شود.یکی از ویژگی های غیر معمولی که برخی (نانو ابرخازن ها) از خود نشان میدهند، پدیده پیزوالکتریک یا اثر فشار برقی است. با اعمال نیروی خارجی، دو قطبی های این (نانو ابرخازن ها) تحریک می شوند و میدان الکتریکی ایجاد می شود. وارونه کردن اثر نیرو (مثلا از کششی به فشاری) جهت میدان را معکوس می کند.در (نانو ابرخازن ها) تولید الکتریسیته به کمک نیروی فشار را حالت پیزو الکتریک (نانو ابرخازن ها) می گویند .و همچنین توانایی تبدیل دو جانبه فشار مکانیکی و الکتریسیته را به یکدیگر "خاصیت پیزوالکتریک" در (نانو ابرخازن ها) می نامند.تعریف پیزوالکتریک یا پیزوالکتریسیته در (نانو ابرخازن ها) عبارت است از تولید الکتریسیته ایجاد شده توسط پلاریزاسیون توسط یک نانو الکترود در اثر اعمال تنش در (نانو ابرخازن ها) زمانی که یک میدان الکتریکی به یک نانو الکترود پیزوالکتریک اعمال شود، تحت کرنش قرار می گیرد که اصطلاحا آن را رفتار پیزوالکتریک معکوس در (نانو ابرخازن ها) می نامند.شرط ضروری برای پیزوالکتریک بودن (نانو ابرخازن ها)، عدم وجود تقارن مرکزی در ساختار (نانو ابرخازن ها) است.در ساختار (نانو ابر خازن ها) نانو مواد مورد استفاده نوعی از مواد در مقیاس نانو است که به عنوان بلوک های ساختمانی در زمینه های فیزیک و الکترونیک استفاده می شود، در حالی که ابر خازن ها به دلیل عملکرد بالا و تمرکز انرژی بالا به سرعت جایگزین خازن های معمولی می شوند. ابرخازن نانو مواد یک دستگاه الکترونیکی الکتروشیمیایی (خازن) است که با افزایش مقدار انرژی، قابلیت افزایش سطح ذخیره سازی الکترون های ساکن را دارد. به دلیل ساختاری که از نانو لوله ساخته شده است، می تواند منبسط شود. آندها و کاتدها، مانند خازن های معمولی، با مواد عایق که به نام دی الکتریک نیز شناخته می شوند، جدا می شوند. عملکرد کلی یک ابرخازن نانو مواد به مواد مورد استفاده برای ساخت آن و خواص الکترودها بستگی دارد. ذخیره انرژی که شامل (نانو ابر خازن ها)  است، حد وسطی را بین خازن های الکتریکی دولایه  اشغال می کند که انرژی را صرفا در دو لایه روی یک رسانا با سطح بالا ذخیره می کند و باتری ها، که عمدتا به انتقال الکترون فارادی به مراکز فلزی (معمولا) متکی هستند. با ترکیب یون های جبران کننده بار،  امکان پذیر است .