(PhysOrg.com) -- Per alimentare un dispositivo molto piccolo come un pacemaker o un transistor, hai bisogno di un generatore ancora più piccolo. I componenti che azionano il generatore sono ancora più piccoli, e l'efficienza di questi componenti fondamentali è fondamentale per le prestazioni dell'intero dispositivo.
Per il suo dottorato di ricerca al Georgia Institute of Technology, Xudong Wang, assistente professore di scienza dei materiali e ingegneria dell'Università del Wisconsin-Madison, faceva parte di un team che ha sviluppato un nanogeneratore piezoelettrico e ha sperimentato una varietà di materiali per alimentarlo.
Il team ha scoperto che i nanofili di ossido di zinco, che hanno sei lati, cristalli a forma di colonna, potrebbe produrre 10 nanowatt per centimetro quadrato convertendo l'energia meccanica in elettricità. L'energia meccanica potrebbe provenire da fonti ambientali diverse come il vento, motori di automobili, respirazione umana, flusso sanguigno, movimenti del corpo, o vibrazioni acustiche e ultrasoniche.
Mentre l'avanzata era entusiasmante, i nanofili di ossido di zinco avevano un basso tasso di efficienza, e ora alla UW-Madison, Wang sta affrontando questa sfida ricercando un nuovo materiale che potrebbe rendere il nanogeneratore più efficiente e potente. Un nanogeneratore ottimizzato potrebbe alimentare piccoli dispositivi con un'ampia gamma di applicazioni, come LED, MEMS, transistor e dispositivi biomedici come pacemaker, robot, sensori o diodi sensori.
Wang sta sviluppando materiali ferroelettrici che potrebbero produrre nanofili con un potenziale elettrico 10 volte superiore a quelli originali all'ossido di zinco. L'aumento si verifica perché il cristallo di un materiale ferroelettrico è costituito da atomi spazialmente sbilanciati che producono automaticamente, polarizzazione permanente nel materiale. Quando Wang introduce la tensione all'interno di questo cristallo sbilanciato, la polarizzazione è aumentata, creando una notevole quantità di potenziale elettrico.
Sarebbe necessaria pochissima energia meccanica per alimentare il nuovo nanogeneratore perché anche una piccola quantità di spostamento ha un effetto maggiore sui materiali su nanoscala rispetto ai materiali normali, una teoria che Wang intende dimostrare nel suo laboratorio.
Una sfida è fabbricare i nanofili ferroelettrici, che è un processo più complicato rispetto alla fabbricazione di nanofili di ossido di zinco. Per far crescere i nanofili ferroelettrici, Wang utilizza un processo a sale fuso. Il cloruro di sodio fuso agisce come mezzo di reazione per assistere i nanofili nell'autoassemblaggio dai precursori a circa 1, 500 gradi Fahrenheit. Ogni nanofilo è 10, 000 volte più piccolo di un singolo capello umano.
"Stiamo attualmente studiando quanto potenziale può essere generato da tali nanofili quando vengono deviati utilizzando la microscopia a forza atomica, " dice Wang.
L'obiettivo finale di Wang è realizzare un vero nanogeneratore in grado di alimentare una varietà di piccoli dispositivi. Poiché il generatore richiederebbe una quantità così ridotta di energia da fonti che forniscono energia continuamente, potrebbe servire essenzialmente come una batteria eterna.
Fornito da University of Wisconsin-Madison (notizie:web)
