L'immagine in alto mostra il processo. I nanonastri piezoelettrici vengono staccati da un substrato ospite e posizionati su gomma. L'immagine al centro è una fotografia del chip di gomma piezoelettrica. L'immagine in basso è uno schema del circuito di raccolta dell'energia, che genera potenza quando è piegato. Credito:per gentile concessione di Michael McAlpine/Princeton University
I film di gomma che generano energia sviluppati dagli ingegneri della Princeton University potrebbero sfruttare i movimenti naturali del corpo come respirare e camminare per alimentare pacemaker, telefoni cellulari e altri dispositivi elettronici.
Il materiale, composto da nanonastri ceramici incorporati su fogli di gomma siliconica, genera elettricità quando viene flessa ed è altamente efficiente nel convertire l'energia meccanica in energia elettrica. Le scarpe realizzate con questo materiale potrebbero un giorno raccogliere il peso del camminare e della corsa per alimentare dispositivi elettrici mobili. Posto contro i polmoni, fogli di materiale potrebbero utilizzare i movimenti respiratori per alimentare pacemaker, ovviando all'attuale necessità di sostituzione chirurgica delle batterie che alimentano i dispositivi.
Un documento sul nuovo materiale, intitolato "Nastri piezoelettrici stampati su gomma per la conversione flessibile dell'energia, " è stato pubblicato online il 26 gennaio in Nano lettere, una rivista dell'American Chemical Society. La ricerca è stata finanziata dalla United States Intelligence Community, una cooperativa di intelligence federale e agenzie di sicurezza nazionale.
Yi Qi, un ricercatore post-dottorato presso la Princeton University, contiene un pezzo di gomma siliconica stampato con materiale super sottile che genera elettricità quando viene flesso. La tecnologia potrebbe fornire una fonte di energia per dispositivi mobili e medici. Credito:Frank Wojciechowski
Il team di Princeton è il primo a combinare con successo silicone e nanonastri di titanato di zirconato di piombo (PZT), un materiale ceramico che è piezoelettrico, il che significa che genera una tensione elettrica quando viene applicata pressione. Di tutti i materiali piezoelettrici, PZT è il più efficiente, in grado di convertire l'80% dell'energia meccanica ad esso applicata in energia elettrica.
"PZT è 100 volte più efficiente del quarzo, un altro materiale piezoelettrico, " ha detto Michael McAlpine, professore di ingegneria meccanica e aerospaziale, a Princeton, che ha guidato il progetto. "Non generi così tanta energia camminando o respirando, quindi vuoi sfruttarlo nel modo più efficiente possibile."
I ricercatori hanno prima fabbricato nanonastri PZT, strisce così strette che 100 si adattano fianco a fianco in uno spazio di un millimetro. In un processo separato, hanno incorporato questi nastri in fogli trasparenti di gomma siliconica, creando ciò che chiamano "trucioli di gomma piezoelettrici". Poiché il silicone è biocompatibile, è già utilizzato per impianti cosmetici e dispositivi medici. "I nuovi dispositivi di raccolta dell'elettricità potrebbero essere impiantati nel corpo per alimentare perennemente i dispositivi medici, e il corpo non li rifiuterebbe, "Ha detto McAlpine.
Oltre a generare elettricità quando è flessa, è vero il contrario:il materiale si flette quando gli viene applicata corrente elettrica. Questo apre le porte ad altri tipi di applicazioni, come l'uso per dispositivi microchirurgici, ha detto McAlpine.
"La bellezza di questo è che è scalabile, " disse Yi Qi, un ricercatore post-dottorato che lavora con McAlpine. "Man mano che miglioriamo nel fare questi chip, saremo in grado di farne fogli sempre più grandi che raccoglieranno più energia."
