Impianti medici alimentati dalle onde sonore ambientali
Le tecnologie di raccolta di energia usano quantità minime di energia dall'ambiente per produrre elettricità per alimentare piccoli dispositivi. Ad esempio, i dispositivi portatili o persino impiantabili come i pacemaker potrebbero essere alimentati dal movimento umano. Un approccio particolarmente interessante alla raccolta di energia si avvale dei materiali "piezoelettirci", capaci di trasformare l'energia meccanica in energia elettrica, come scoperto nel 1880 dai fratelli francesi Jacques e Pierre Curie. Più recentemente, è stato avanzato che i nanomateriali piezoelettrici possono essere anche più vantaggiosi, a causa delle loro eccezionali proprietà meccaniche, maggiori coefficienti piezoelettrici e compatibilità con substrati flessibili e indossabili. Tuttavia, nonostante i risultati preliminari molto promettenti, per le applicazioni pratiche i nanogeneratori piezoelettrici richiedono miglioramenti si nei processi i produzione ed efficienza di transduzione. Il progetto PING ("Piezoelectric nanogenerators on suspended microstructures for energy harvesting") ha affrontato queste problematiche, conseguendo importanti progressi in un tempo davvero esiguo. In particolare, i ricercatori hanno cercato di migliorare un processo di produzione a bassa temperatura (crescita chimica acquosa) al fine di aumentare sostanzialmente l'omogeneità e la lunghezza dei nanofili di ossido di zinco. Hanno anche proposto di migliorare ulteriormente il potenziale di generazione dell'elettricità, integrando lunghi nanofili con ponti e diaframmi sospesi miniaturizzati al fine di trasformare l'energia acustica in entrata in una ancora maggiore deflezione dei nanofili. Durante il processo di crescita è stato usato il riscaldamento localizzato per favorire nanofili più lunghi con struttura maggiormente uniforme. Il team ha progettato microriscaldatori innovativi usando modelli di metodo degli elementi finiti e, come risultati preliminari, gli scienziati hanno già prodotto nanofili di ossido di zinco molto lunghi, usando solo il riscaldamento del substrato, piuttosto che l'intera soluzione di nutrienti. Tale scelta ha portato a considerevoli riduzioni di materiale sprecato e consumo di energia. Sono state adottate tecniche di microscopia avanzata per valutare la morfologia e la cristallinità dei nanofili. La tecnica risulta promettente non soltanto in quanto permette di fabbricare dispositivi ad alte prestazioni, ma è anche economica ed ecocompatibile. Il metodo di riscaldamento del substrato è in fase di ulteriore sviluppo e i primi dispositivi confezionati sono in corso di caratterizzazione. PING ha gettato le basi per lo sviluppo di nanogeneratori e nanodispositivi piezoelettrici notevolmente migliorati, grazie ai nuovi metodi di produzione. I nanogeneratori dovrebbero dimostrarsi adatti a numerose applicazioni, come I dispositivi medici impiantabili e le reti di sensori wireless. L'alimentazione autonoma, capace di eliminare la necessità di batterie ricaricabili, consentirà ai dispositivi di funzionare per tutta la tenuta dei materiali.
Parole chiave
Nanogeneratore, piezoelettrico, raccolta di energia, nanofilo, crescita chimica acquosa, microriscaldatore, membrana sospesa
