Dott. Haifei Zhan, dal Centro QUT per la scienza dei materiali, e i suoi colleghi hanno modellato con successo l'accumulo di energia meccanica e le capacità di rilascio di un fascio di nanofili di diamante (DNT), una raccolta di fili di carbonio unidimensionali ultrasottili che immagazzinano energia quando vengono attorcigliati o allungati.

"Simile a una bobina compressa o a un giocattolo a molla per bambini, l'energia può essere rilasciata mentre il fascio attorcigliato si dipana, " ha detto il dottor Zhan.

"Se è possibile creare un sistema per controllare la potenza fornita dal fascio di nanothread, sarebbe una soluzione di accumulo di energia più sicura e stabile per molte applicazioni".

La nuova struttura in carbonio potrebbe essere un potenziale alimentatore su microscala per qualsiasi cosa, dai sistemi di rilevamento biomedici impiantati che monitorano le funzioni cardiache e cerebrali, alla piccola robotica e all'elettronica.

"A differenza dello stoccaggio di sostanze chimiche come le batterie agli ioni di litio, che utilizzano reazioni elettrochimiche per immagazzinare e rilasciare energia, un sistema di energia meccanica stesso comporterebbe un rischio molto più basso in confronto, " ha detto il dottor Zhan.

"Alle alte temperature i sistemi di stoccaggio delle sostanze chimiche possono esplodere o non rispondere alle basse temperature. Questi possono anche perdere in caso di guasto, provocando inquinamento chimico.

"I sistemi di accumulo di energia meccanica non presentano questi rischi, quindi rendili più adatti a potenziali applicazioni all'interno del corpo umano.

"I fasci di nanofili di carbonio potrebbero essere trasformati in muscoli artificiali basati su filati filati a torsione che rispondono a eccitazioni chimiche o fotoniche.

"Ricerche precedenti hanno dimostrato che una struttura del genere realizzata con nanotubi di carbonio potrebbe sollevare 50, 000 volte il suo stesso peso."

Il team del Dr. Zhan ha scoperto che la densità di energia del fascio di nanofili - quanta energia potrebbe immagazzinare per la sua massa - era 1,76 MJ per chilogrammo, che era 4-5 ordini in più rispetto a una molla in acciaio convenzionale, e fino a tre volte rispetto alle batterie agli ioni di litio.

"I materiali ad alta densità energetica sono molto importanti per molte applicazioni, ecco perché siamo sempre alla ricerca di materiali leggeri che funzionino ancora bene.

"I vantaggi per le applicazioni aerospaziali sono evidenti. Se possiamo ridurre il peso di un sistema, possiamo ridurre significativamente i suoi requisiti di carburante e i costi."

L'applicazione di fasci di nanofili di carbonio come fonte di energia potrebbe essere infinita, secondo il dottor Zhan.

"I fasci di nanofili potrebbero essere utilizzati nelle linee di trasmissione di energia di prossima generazione, elettronica aerospaziale, ed emissione di campo, batterie, tessuti intelligenti e compositi strutturali come i materiali da costruzione.

I risultati della ricerca sono stati pubblicati da Comunicazioni sulla natura nel documento:"Stoccaggio di energia meccanica ad altissima densità con il pacchetto di nanofili di carbonio, " e costituiscono la base del progetto ARC Discovery del Dr. Zhan:"Un nuovo framework di modellazione multilivello per progettare pacchetti di nanofili di diamanti".

Il dottor Zhan e il suo team stanno ora pianificando la produzione di un sistema sperimentale di energia meccanica su nanoscala come prova del concetto.

Il dottor Zhan ha affermato che il team di ricerca impiegherà i prossimi due o tre anni a costruire il meccanismo di controllo per il sistema per immagazzinare energia, il sistema che controlla la torsione e l'allungamento del fascio di nanofili.