Dopo sei anni di intensi sforzi, gli scienziati stanno segnalando lo sviluppo del primo nanogeneratore commercialmente praticabile, un chip flessibile che può utilizzare i movimenti del corpo - un pizzico di un dito ora in rotta verso un battito cardiaco in futuro - per generare elettricità. Parlando qui oggi al 241° Convegno ed Esposizione Nazionale dell'American Chemical Society, hanno descritto di aumentare la potenza del dispositivo di migliaia di volte e la sua tensione di 150 volte per portarlo finalmente fuori dal laboratorio e verso la vita di tutti i giorni.
"Questo sviluppo rappresenta una pietra miliare verso la produzione di elettronica portatile che può essere alimentata dai movimenti del corpo senza l'uso di batterie o prese elettriche, " ha detto il capo scienziato Zhong Lin Wang, dottorato di ricerca "I nostri nanogeneratori sono pronti a cambiare la vita in futuro. Il loro potenziale è limitato solo dalla propria immaginazione".
Gli ultimi miglioramenti hanno portato a un nanogeneratore abbastanza potente da guidare display a cristalli liquidi commerciali, diodi emettitori di luce e diodi laser. Memorizzando le cariche generate utilizzando un condensatore, la potenza in uscita è in grado di pilotare periodicamente un sensore e trasmettere il segnale in modalità wireless.
"Se possiamo sostenere il tasso di miglioramento, il nanogeneratore può trovare un'ampia gamma di altre applicazioni che richiedono più potenza, " ha aggiunto. Wang ha citato, Per esempio, dispositivi elettronici personali alimentati da passi che attivano nanogeneratori all'interno della suola di una scarpa; pompe per insulina impiantate alimentate da un battito cardiaco; e sensori ambientali alimentati da nanogeneratori che svolazzano al vento.
Wang e colleghi hanno dimostrato la fattibilità commerciale dell'ultimo nanogeneratore utilizzandolo per alimentare una luce LED e un display a cristalli liquidi come quelli ampiamente utilizzati in molti dispositivi elettronici, come calcolatrici e computer. Il potere veniva dalla compressione del nanogeneratore tra due dita.
La chiave della tecnologia sono i nanofili di ossido di zinco (ZnO). I nanofili di ZnO sono piezoelettrici:possono generare una corrente elettrica quando vengono tesi o flessi. Quel movimento può essere praticamente qualsiasi movimento del corpo, come camminare, un battito cardiaco, o sangue che scorre attraverso il corpo. I nanofili possono anche generare elettricità in risposta al vento, pneumatici che rotolano, o molti altri tipi di movimento.
Il diametro di un nanofilo di ZnO è così piccolo che 500 dei fili possono entrare nella larghezza di un singolo capello umano. Il gruppo di Wang ha trovato un modo per catturare e combinare le cariche elettriche di milioni di fili di ossido di zinco su nanoscala. Hanno anche sviluppato un modo efficiente per depositare i nanofili su chip polimerici flessibili, ciascuno circa un quarto delle dimensioni di un francobollo. Cinque nanogeneratori impilati insieme producono una corrente di uscita di circa 1 micro Ampere a 3 volt, circa la stessa tensione generata da due normali batterie AA (circa 1,5 volt ciascuna).
"Anche se pochi volt potrebbero non sembrare molti, è cresciuto a passi da gigante rispetto alle versioni precedenti del nanogeneratore, " ha detto Wang, uno scienziato al Georgia Institute of Technology. "Nanofili aggiuntivi e più nanogeneratori, impilati insieme, potrebbe produrre energia sufficiente per alimentare dispositivi elettronici più grandi, come un iPod o caricare un telefono cellulare."
Wang ha detto che il prossimo passo è migliorare ulteriormente la potenza di uscita del nanogeneratore e trovare un'azienda per produrre il nanogeneratore. Potrebbe arrivare sul mercato in tre-cinque anni, ha stimato. È probabile che la prima applicazione del dispositivo sia come fonte di alimentazione per minuscoli sensori ambientali e sensori per il monitoraggio dell'infrastruttura.
