Realizzato in fluoruro di polivinilidene elettrofilato (PVDF) e nylon, nanofili d'argento (AgNWs) e polistirene (PS), il nuovo nanogeneratore composito completamente fibroso (AF-TENG) può essere facilmente incorporato negli indumenti, consentendogli di alimentare piccoli dispositivi elettronici nei movimenti quotidiani . Credito:Elsevier
L'effetto triboelettrico è un fenomeno in cui una carica viene generata su due materiali dissimili quando i materiali si allontanano dopo essere stati in contatto tra loro. I nanogeneratori triboelettrici (TENG) utilizzano questo effetto per convertire il movimento meccanico in energia elettrica. La compattezza dei TENG consente loro di essere utilizzati come dispositivi indossabili in grado di sfruttare il movimento del corpo per alimentare l'elettronica. Essendo indossabili, l'accento è posto sulle proprietà del tessuto (come il comfort del materiale) e sulla capacità di carico dei nanogeneratori. In generale, i materiali triboelettrici scelti per il nanogeneratore dovrebbero essere sicuri, compatibili con il corpo umano (biocompatibili), flessibili e traspiranti pur essendo in grado di mantenere un'elevata resa elettrica.
Tra i molti materiali presi in considerazione per i TENG, le fibre elettrofilate sono un candidato promettente in quanto sono leggere, resistenti e hanno proprietà elettriche desiderabili. L'elettrofilatura è una tecnica mediante la quale soluzioni di polimeri vengono aspirate nelle fibre utilizzando una carica elettrica. Sono in corso sforzi per aggiungere metalli alle fibre elettrofilate per migliorare il potenziale elettrostatico e le capacità di intrappolamento della carica. Ma questo ha portato a compromessi tra il comfort e le prestazioni di uscita del materiale.
In un recente studio pubblicato su Nano Energy , i ricercatori dell'Università di Fukui, in Giappone, e dell'Università di Nanchino, in Cina, hanno sviluppato uno strato composito interamente fibroso TENG (AF-TENG) che può essere facilmente integrato con un normale tessuto. "Con il nostro lavoro, miriamo a fornire un nuovo punto di vista sui raccoglitori di energia indossabili e sui tessuti intelligenti", afferma il dottor Hiroaki Sakamoto, l'autore corrispondente dello studio.
L'AF-TENG contiene una membrana triboelettrica composta da due strati di fibre elettrofilate:uno di un materiale chiamato polivinilidene fluoruro (PVDF) e l'altro di un tipo di nylon. I nanofili d'argento coprono questi strati. I ricercatori hanno inoltre aggiunto uno strato di fibre di polistirene elettrofilate tra i nanofili d'argento e la membrana triboelettrica.
Il movimento meccanico del corpo mentre si cammina o si corre fa sì che gli strati triboelettrici acquisiscano una carica. In questo modo, l'energia meccanica viene convertita in energia elettrica, che può essere utilizzata per alimentare dispositivi elettronici.
Normalmente, l'accumulo di carica sulla superficie triboelettrica viene gradualmente perso o dissipato, riducendo la densità di carica superficiale e le prestazioni di uscita del nanogeneratore. Tuttavia, in questo caso, la membrana di polistirene aggiunta raccoglie e intrappola la carica, mantenendo la densità di carica superficiale dell'AF-TENG. I ricercatori hanno utilizzato l'AF-TENG per accendere 126 LED commerciali ciascuno con una potenza nominale di 0,06 Watt, dimostrando la fattibilità del nanogeneratore. Inoltre, secondo il Dr. Sakamoto, "Il dispositivo di generazione di energia ha flessibilità e traspirabilità poiché tutti i componenti sono composti da materiali in fibra. Questo dispositivo mostra un grande potenziale nella raccolta dell'elettricità statica dai nostri vestiti".
Sebbene i TENG siano attualmente limitati all'alimentazione di dispositivi a bassa potenza come LED e calcolatrici, i miglioramenti alla vestibilità e alle prestazioni di output sono passi fondamentali verso la futura tecnologia indossabile. + Esplora ulteriormente
