Un trasparente, nanogeneratore triboelettrico estensibile (TENG) con area fino a 12 cm x 12 cm e potenza di uscita 8 Watt per metro quadrato, è stato realizzato dai ricercatori dell'Università di Nagoya utilizzando un film sottile di nanotubi di carbonio (film CNT) come uno degli elettrodi del TENG. Il film CNT è stato formato utilizzando un metodo di verniciatura a spruzzo semplice, conveniente e scalabile, e applicato, come prova di concetto, a fogli di comunicazione wireless ottica autoalimentati e guanti che alimentano anche LED blu. Il lavoro è stato riportato sulla rivista Nano energia .

Dispositivi indossabili, come smartwatch e tracker di attività, hanno numerose funzioni utili tra cui la visualizzazione delle informazioni e il rilevamento delle informazioni biologiche. Più di mezzo miliardo sono già utilizzati in tutto il mondo, in una vasta gamma di applicazioni come sport, assistenza sanitaria, e l'Internet of Things (IoT) umano – e questo aumenterà drasticamente quando la rivoluzione delle telecomunicazioni 5G sboccerà completamente. Attualmente, quasi tutti questi dispositivi sono alimentati da batterie ricaricabili, che sono relativamente ingombranti e richiedono un discreto tempo per la ricarica. Inoltre, le batterie agli ioni di litio comunemente usate affrontano anche problemi ambientali. E se la fonte di alimentazione dei dispositivi indossabili non fosse affatto una batteria, ma un materiale estensibile che segue il movimento del corpo, ed è piccolo e leggero per il comfort dell'utente? Le tecnologie di raccolta dell'energia che convertono piccole quantità di energia ambientale in energia elettrica possono fornire un'alternativa alle batterie per alimentare dispositivi indossabili.

Comprensibilmente, i dispositivi elettronici estensibili hanno recentemente attirato molta ricerca e attenzione commerciale. I raccoglitori di energia indossabili non devono essere solo flessibili ma anche estensibili per seguire il movimento tridimensionale del corpo. Inoltre, devono fornire potenza sufficiente per pilotare una varietà di dispositivi elettronici. Però, la potenza di uscita delle mietitrici attualmente non è sufficiente per rendere pratica la generazione triboelettrica estensibile.

Un team di ricerca dell'Università di Nagoya ha superato il problema dell'elasticità e della bassa potenza di uscita. Come primo autore, Professore assistente Masahiro Matsunaga, dell'Istituto di materiali e sistemi per la sostenibilità presso l'Università di Nagoya, spiega, "Abbiamo realizzato un nanogeneratore triboelettrico (TENG) trasparente ed estensibile in grado di seguire i movimenti umani utilizzando un film sottile di nanotubi di carbonio (film CNT) come elettrodo per il TENG. Il TENG fabbricato ha una struttura semplice:un film CNT è inserito all'interno un elastomero polidimetilsilossano (PDMS). Ha una trasparenza superiore al 90%."

Quando si tocca la superficie del TENG, il TENG converte l'energia meccanica in elettricità mediante un processo chiamato "elettrificazione a contatto" e induzione elettrostatica. Il film CNT è realizzato con un semplice metodo di verniciatura a spruzzo, che è conveniente e scalabile. Il team di ricerca dell'Università di Nagoya può fabbricare un grande TENG con un'area fino a 12 cm x 12 cm. Inoltre, utilizzando un trattamento al plasma durante la fabbricazione, l'attuale, la densità di potenza realizzata del TENG è fino a 8 Watt per metro quadrato.

Come prova di concetto, il team dell'Università di Nagoya ha dimostrato l'utilità del nuovo TENG applicandolo per realizzare fogli di comunicazione wireless ottica autoalimentati, e guanti in cui i diodi a emissione di luce blu (LED) sono stati incorporati nel TENG e cablati utilizzando pellicole CNT.

Il professor Matsunaga spiega ancora:"Per i fogli di comunicazione, abbiamo formato tre elettrodi e fili separati con i LED di diversi colori nel foglio. Il foglio può inviare vari segnali ottici a seconda del tipo di tocco:toccare o scorrere."

"Per fare il guanto, abbiamo attaccato il TENG sul palmo, e ha utilizzato un cavo CNT per collegarlo ai LED blu incorporati sul dorso della mano. Il guanto può pilotare i LED battendo le mani. Il guanto può essere indossato e tolto senza danneggiare la funzionalità grazie all'elasticità e alla durata dei film CNT."

La nuova tecnica per produrre una potenza relativamente elevata, i generatori di energia estensibili e flessibili potrebbero essere il primo passo per ridurre la nostra dipendenza dalle batterie ricaricabili per i dispositivi indossabili.