In un nuovo studio, i ricercatori dell'Università di Chung-Ang progettano un sensore basato su nanogeneratore triboelettrico (TENG) ad alta potenza e ad alto rendimento che può essere alimentato dalla respirazione. I ricercatori hanno integrato questo dispositivo in una maschera antigas per creare un sensore ibrido autoalimentato che rileva i modelli respiratori e le sostanze chimiche dannose. Credito:Prof. Sangmin Lee dell'Università di Chung-Ang, Corea
Con l'inizio dell'era dell'Internet of Things (IoT), i dispositivi hanno imparato a comunicare e scambiare dati. Ciò si ottiene attraverso sensori installati in oggetti fisici, macchine e apparecchiature. I sensori possono rilevare i cambiamenti negli eventi. Tuttavia, la necessità di una fornitura continua di energia a questi sensori rappresenta una sfida. Le batterie sono ingombranti, costose e non rispettose dell'ambiente. Inoltre, devono essere costantemente sostituiti o ricaricati.
Di conseguenza, c'è una richiesta di fonti di energia sostenibili e rinnovabili per sostituire le batterie. Il nanogeneratore triboelettrico (TENG) è uno di questi dispositivi. In parole povere, i TENG convertono l'energia meccanica in energia elettrica. L'elevata efficienza energetica, la compatibilità con materiali facilmente disponibili e il basso costo li rendono un candidato promettente per l'alimentazione dei sensori.
Nonostante tali vantaggi, tuttavia, gli attuali TENG sono limitati da una bassa corrente di uscita. Ma aumentare la corrente di uscita richiederebbe apparecchiature più grandi, rendendo impossibile l'uso in dispositivi di piccole dimensioni. C'è un modo per aggirare questo compromesso?
Un gruppo di ricerca guidato dal Professore Associato Sangmin Lee dell'Università di Chung-Ang in Corea, ha ora affrontato questo problema. "Il nostro laboratorio è interessato al design TENG ad alta potenza e ai sensori autoalimentati basati su TENG. Abbiamo cercato di affrontare la limitazione degli attuali TENG in modo che potessero essere utilizzati nella pratica per realizzare fonti di alimentazione portatili", afferma il dott. Lee, spiegando la sua motivazione alla base dello studio, che è stato pubblicato su Materiali energetici avanzati . Lo studio sarà presentato sulla copertina del prossimo numero.
Il team ha sviluppato un nuovo dispositivo nel loro studio chiamato "inalation-driven vertical flutter TENG" (IVF-TENG) che mostra un'uscita di corrente amplificata. "La respirazione agisce come un input meccanico continuo e può essere utilizzata per azionare i TENG. I TENG con sfarfallio del film sono tali dispositivi azionati dalla respirazione che possono generare un'uscita elettrica continua da un input respiratorio estremamente piccolo sfruttando il fenomeno del flutter derivante dalle vibrazioni indotte dal flusso d'aria ", spiega il dottor Lee.
L'IVF-TENG è composto da un elettrodo di ingresso in alluminio (Al), un foglio dielettrico aeroelastico (poliimmide) e un elettrodo di uscita in Al. Il foglio aeroelastico ha quattro segmenti con quattro fessure ed è soggetto a un comportamento di fluttuazione verticale causato dal flusso d'aria. Ciò rende la proposta IVF-TENG diversa dalle TENG esistenti.
Il team ha studiato i meccanismi elettrici e meccanici della fecondazione in vitro-TENG. Hanno scoperto che l'IVF-TENG generava una tensione elettrica continua ad alta frequenza (17 V) e una corrente a circuito chiuso di 1,84 μA durante l'inalazione e una tensione di scarica elettrostatica di 456 V e una corrente di uscita a circuito chiuso di 288 mA al inizio e fine di ogni ciclo inspiratorio.
Hanno inoltre dimostrato che l'IVF-TENG può alimentare continuamente 130 LED in serie e 140 LED in parallelo ad ogni inalazione. Inoltre, potrebbe caricare un condensatore da 660 𝜇F per, a sua volta, alimentare un tracker Bluetooth e fornire il suo segnale a uno smartphone. Queste proprietà hanno dimostrato il potenziale per l'applicazione di IVF-TENG nell'elettronica portatile e nella trasmissione di dati wireless.
Inoltre, i ricercatori hanno integrato IVF-TENG in una maschera antigas e hanno dimostrato la sua capacità di monitorare il modello di respirazione dell'utente osservando la forma d'onda della risposta in uscita. Inoltre, potrebbe rilevare agenti di guerra chimica come cloruro di cianogeno, sarin e dimetilmetilfosfonato (DMMP), mostrando il suo potenziale per l'uso durante le emergenze. "Poiché le maschere antigas sono ampiamente utilizzate in emergenze come incendi ed esposizione a gas chimici, ci siamo concentrati sull'applicazione di TENG a una maschera antigas. Riteniamo che IVF-TENG possa essere utilizzato come sensore autoalimentato in tali scenari", afferma il dott. Lee . + Esplora ulteriormente
