(Phys.org)—Fare un importante passo avanti per i sistemi autoalimentati, i ricercatori hanno costruito un nanogeneratore con una tensione di uscita ultraelevata di 209 V, che è 3,6 volte superiore al precedente record di 58 V. Il nanogeneratore, che ha un'area inferiore a 1 cm ² , può alimentare istantaneamente un LED commerciale e potrebbe avere un'ampia varietà di applicazioni, come fornire un modo per alimentare gli oggetti nell'"Internet delle cose".

I ricercatori, guidato da Yong Qin all'Università di Lanzhou a Lanzhou, Cina, e l'Accademia cinese delle scienze a Pechino; e Zhong Lin Wang dell'Accademia cinese delle scienze e del Georgia Institute of Technology negli Stati Uniti, hanno pubblicato il loro studio sul nuovo nanogeneratore in un recente numero di Nano lettere .

Il nanogeneratore è costituito da una serie di nanofili allineati verticalmente lunghi 420 μm, con elettrodi sulla parte superiore e inferiore dell'array. Sotto l'impatto periodico di un oggetto del peso di circa mezzo chilo, o semplicemente la pressione di un dito, il nanogeneratore subisce una pressione che provoca la deformazione dell'array di nanofili. A causa dell'effetto piezoelettrico, questa compressione meccanica spinge gli elettroni verso l'elettrodo inferiore, generando una corrente elettrica. Quando l'oggetto pesante viene rimosso, la pressione viene rilasciata e gli elettroni rifluiscono attraverso il circuito. Ripetendo questa deformazione meccanica periodica sul nanogeneratore, i ricercatori potrebbero generare elettricità.

Gli scienziati hanno scoperto che la quantità di elettricità generata dal nanogeneratore dipende dalla forza d'impatto. Facendo cadere un oggetto con un peso di 193 grammi sul nanogeneratore da diverse altezze che vanno da 5 a 13 mm, gli scienziati hanno osservato che il segnale di uscita è proporzionale alla radice quadrata dell'altezza di caduta.

Nei loro esperimenti, i ricercatori hanno dimostrato che una forza di impatto sufficientemente grande applicata al nanogeneratore può generare una tensione di picco di 209 V e una corrente di picco di 53 μA, corrispondente a una densità di corrente di 23,5 μA/cm ² , che è 2,9 volte superiore alla densità di corrente di uscita del record precedente di 8,13 μA/cm ² .

"La potenza di un nanogeneratore dipende dalla tensione e dalla corrente, perché la potenza di uscita è il prodotto della tensione e della corrente, " Wang ha detto Phys.org . "Alzando la tensione di uscita, abbiamo naturalmente aumentato la potenza di uscita. Questo è essenziale per tutte le applicazioni per il pilotaggio di piccoli dispositivi elettronici, elettronica portatile e sensori wireless."

I ricercatori hanno dimostrato che la potenza raggiunta qui è sufficientemente elevata da alimentare direttamente un LED commerciale da 1,9 V. A differenza della maggior parte degli altri nanogeneratori, il nuovo dispositivo non richiede un'unità di accumulo di energia, un vantaggio che può consentire ai sistemi autoalimentati di operare in un'ampia varietà di ambienti.

Oltre ad alimentare un LED, il nanogeneratore può anche avere applicazioni biologiche. Qui, i ricercatori hanno utilizzato il nanogeneratore per stimolare il nervo sciatico di una rana e far contrarre il muscolo del polpaccio gastrocnemio della rana. In precedenza, questo fenomeno è stato dimostrato utilizzando un grande nanogeneratore con un'area di circa 9 cm ² , considerando che il nuovo nanogeneratore con un'area di appena 0,95 cm ² può eseguire la stessa stimolazione nervosa e indurre il movimento muscolare sotto il piccolo impatto di un tocco minuscolo.

Nel futuro, minuscoli nanogeneratori ad alta potenza come questo potrebbero avere applicazioni nella riparazione di reti neurali biologiche, nella sicurezza nazionale, e nell'"Internet delle cose". In quest'ultimo scenario, tutti gli oggetti fisici verrebbero etichettati (come con l'identificazione a radiofrequenza [RFID]), e virtualmente rappresentato in un Internet futuro, dove possono essere monitorati in tempo reale.

"Il piano futuro è quello di aumentare continuamente la potenza di uscita in modo da poter soddisfare più esigenze tecnologiche, "Ha detto Wang.

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