I nanogeneratori sono innovativi raccoglitori di energia autoalimentati che convertono l'energia cinetica creata da fonti vibrazionali e meccaniche in energia elettrica, eliminando la necessità di circuiti esterni o batterie per dispositivi elettronici. Questa innovazione è vitale per realizzare la generazione di energia sostenibile in ambienti isolati, inaccessibile, o ambienti interni e anche nel corpo umano.

Nanogeneratori, un raccoglitore di energia flessibile e leggero su un substrato di plastica, può recuperare energia dai movimenti estremamente piccoli delle risorse naturali e del corpo umano come il vento, flusso d'acqua, battiti del cuore, e diaframma e attività di respirazione per generare segnali elettrici. I generatori non sono solo autoalimentati, dispositivi flessibili ma anche in grado di fornire fonti di alimentazione permanenti a dispositivi biomedici impiantabili, compresi pacemaker cardiaci e stimolatori cerebrali profondi.

Però, la scarsa efficienza energetica e un processo di fabbricazione complesso hanno posto sfide alla commercializzazione dei nanogeneratori. Keon Jae Lee, Professore Associato di Scienza e Ingegneria dei Materiali presso KAIST, e i suoi colleghi hanno recentemente proposto una soluzione sviluppando una tecnica robusta per trasferire un film sottile piezoelettrico di alta qualità da substrati di zaffiro sfusi a substrati di plastica utilizzando il laser lift-off (LLO).

Applicando il processo di laser lift-off (LLO) a base inorganica, il team di ricerca ha prodotto nanogeneratori a film sottile PZT di ampia area su substrati flessibili (2 cm x 2 cm).

"Siamo stati in grado di convertire una prestazione ad alto rendimento di ~250 V dalla leggera deformazione meccanica di un singolo substrato di plastica sottile. Tale potenza di uscita è appena sufficiente per accendere 100 luci a LED, " ha spiegato Keon Jae Lee.

I nanogeneratori autoalimentati possono funzionare anche con i movimenti delle dita e dei piedi. Per esempio, sotto i movimenti irregolari e leggeri di un dito umano, i segnali di corrente misurati avevano un'elevata potenza elettrica di ~8,7 μA. Inoltre, il nanogeneratore piezoelettrico ha un'efficienza di conversione di potenza da record mondiale, quasi 40 volte superiore rispetto a risultati di ricerche simili precedentemente riportati, risolvendo gli inconvenienti legati alla complessità di fabbricazione e alla bassa efficienza energetica.

Lee ha inoltre commentato, "Sulla base di questo concetto, è altamente previsto che piccoli movimenti meccanici, compresi i movimenti del corpo umano di contrazione e rilassamento muscolare, può essere facilmente convertito in energia elettrica e, per di più, hanno agito come fonti di energia eterne."

Il team di ricerca sta attualmente studiando un metodo per costruire l'impilamento tridimensionale di film sottili piezoelettrici flessibili per migliorare la potenza di uscita, oltre a condurre un esperimento clinico con un nanogeneratore flessibile.