Sensore tattile indossabile su supporto flessibile. Credito:Korea Institute of Science and Technology (KIST)
Super-micro, sensori e dispositivi a bassa potenza in grado di inviare e ricevere segnali e informazioni in qualsiasi momento, ovunque diventerà parte integrante della vita delle persone in un mondo iperconnesso guidato dall'Internet of Things (IoT). Una questione importante è la fornitura continua di energia elettrica agli innumerevoli dispositivi elettronici collegati al sistema. Questo perché è difficile ridurre le dimensioni e il peso della batteria utilizzando il modo convenzionale di caricarla e sostituirla.
Una possibile soluzione a questo problema è l'impiego di generatori triboelettrici. Questi generano energia in maniera semipermanente inducendo triboelettricità dal contatto tra materiali diversi, proprio come viene prodotta l'elettricità statica.
Un team di ricercatori del Korea Institute of Science and Technology (KIST) guidato dal Dr. Seoung-Ki Lee ha sviluppato un sensore tattile che migliora l'efficienza della triboelettrificazione di oltre il 40% tramite il bisolfuro di molibdeno strutturato in frantumazione. Questa svolta è il risultato di una collaborazione con Chang-Kyu Jeong, professore di ingegneria dei materiali avanzati alla JeonBuk National University.
I generatori triboelettrici generici non potrebbero essere utilizzati per dispositivi elettronici indossabili poiché dovrebbero essere eccessivamente grandi e pesanti per aumentare la loro capacità di generare elettricità sufficiente. Attualmente sono in corso studi che prevedono l'applicazione di un materiale semiconduttore bidimensionale che è atomicamente sottile e ha eccellenti proprietà fisiche come strato attivo nella generazione di triboelettricità.
L'intensità della triboelettricità generata varia a seconda del tipo di due materiali che entrano in contatto. In studi precedenti con materiali bidimensionali, il trasferimento delle cariche elettriche con il materiale isolante non è avvenuto in modo regolare, riducendo sostanzialmente la produzione di energia prodotta dalla triboelettricità.
Nello studio attuale, il gruppo di ricerca congiunto ha regolato le proprietà del bisolfuro di molibdeno (MoS 2 ), un semiconduttore bidimensionale, e ha cambiato la sua struttura per aumentare l'efficienza della generazione di triboelettricità. Il materiale è stato accartocciato durante un forte processo di trattamento termico che viene applicato in un processo di produzione di semiconduttori, che ha portato a un materiale con rughe a cui è stato applicato uno stress interno. Queste rughe aumentano l'area di contatto per unità di area, e il risultante MoS . accartocciato in superficie 2 dispositivo può generare circa il 40% in più di potenza rispetto a una controparte piatta. Inoltre, la produzione di triboelettricità è stata mantenuta a livelli costanti in un esperimento ciclico anche dopo 10, 000 ripetizioni.
Applicando il materiale bidimensionale accartocciato a un sensore tattile come quelli utilizzati nei touchpad o nei display touchscreen, il team di ricerca congiunto ha ideato un sensore tattile autoalimentato leggero e flessibile che può essere utilizzato senza batteria. Questo tipo di sensore tattile ad alta efficienza di generazione di energia è sensibile alla stimolazione e può riconoscere i segnali tattili anche a basso livello di forza, senza alcuna alimentazione elettrica.
Il dottor Seoung-Ki Lee del KIST ha detto:"Il controllo dello stress interno del materiale semiconduttore è una tecnica utile nell'industria dei semiconduttori, ma questa era la prima volta che veniva implementata una tecnica di sintesi del materiale che prevedeva la sintesi di un materiale semiconduttore bidimensionale e l'applicazione di sollecitazioni interne allo stesso tempo... Presenta un modo per aumentare l'efficienza della generazione di triboelettricità combinando il materiale con un polimero, e servirà da catalizzatore per lo sviluppo di materiali funzionali di prossima generazione basati su sostanze bidimensionali".
