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Elettricità gratuita da nano generatori
L'elettronica portatile di oggi (ad eccezione degli orologi a carica automatica e delle radio a manovella) dipende dalle batterie per l'alimentazione. Ora i ricercatori hanno dimostrato che i nanofili facili da realizzare e poco costosi possono raccogliere energia meccanica, portando probabilmente a progressi come impianti medici che funzionano con elettricità generata da vasi sanguigni pulsanti e telefoni cellulari alimentati da nanofili nelle suole delle scarpe.
Un grafico che mostra i picchi di scarica elettrica durante la scansione dei nanofili. (Per gentile concessione di Zhong Lin Wang, Georgia Tech.)
Quando cammini, generi 67 watt. Il movimento del tuo dito è di 0,1 watt. Il tuo respiro è di un watt. Se riesci a convertirne una frazione, puoi alimentare un dispositivo. Dal concetto che abbiamo dimostrato, possiamo convertirne il 17-30 percento, dice Zhong Lin Wang , professore di scienza dei materiali presso la Georgia Tech e uno dei ricercatori del lavoro, pubblicato sulla rivista Scienza .
I loro risultati confermano una teoria: i nanofili di ossido di zinco mostreranno un potente effetto piezoelettrico, che è la produzione di elettricità in risposta alla pressione meccanica. Normalmente le cariche positive e negative degli ioni zinco e ossigeno in questi nanofili cristallini si annullano a vicenda. Ma quando i fili, che sono cresciuti chimicamente per stare in piedi sopra un elettrodo, si piegano in risposta, diciamo, a una vibrazione, gli ioni vengono spostati. Questo sbilancia le cariche e crea un campo elettrico che produce una corrente quando il nanofilo è collegato a un circuito.
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Sebbene ogni nanofilo da solo produca pochissima energia, afferma Wang, con l'uscita simultanea di molti nanofili, possiamo generare un'elevata potenza, sufficiente per eseguire un piccolo impianto medico. Il lavoro riportato in Scienza coinvolgeva solo singoli nanofili, ma Wang afferma che il suo laboratorio ha già sviluppato una tecnologia per raccogliere energia da più nanofili.
Poiché il processo chimico mediante il quale i fili possono essere coltivati è poco costoso, a un certo punto può essere pratico produrre grandi array in grado di fornire energia sufficiente per l'elettronica di consumo. Possiamo farli crescere su substrati polimerici a costi molto bassi, dice Wang. Il nostro obiettivo è quello di metterli un giorno nei panni delle persone in modo da poter generare elettricità quando cammini.
Tuttavia, prima di poter sviluppare qualsiasi dispositivo alimentato da nanocavi, i ricercatori dovranno trovare il modo per collegare tutti i nanocavi ai circuiti. Che dice Yi Cui , professore di scienza e ingegneria dei materiali alla Stanford University, sarà una sfida ma dovrebbe essere fattibile. In effetti, Wang stima che, in base ai suoi attuali progressi, i dispositivi prototipo funzioneranno entro cinque anni.
Una delle prime applicazioni dei nanogeneratori è fornire energia a un sensore di glucosio impiantato sotto la pelle del braccio. Un tale sensore trasmetterebbe le letture della glicemia a un orologio da polso e, afferma Cui, un giorno l'impianto del sensore potrebbe rilasciare automaticamente l'insulina quando necessario.
I materiali piezoelettrici sono spesso utilizzati nei dispositivi su microscala. La novità di questa applicazione è la facilità con cui i nanogeneratori possono essere realizzati su scala nanometrica, afferma giugno Liu , ricercatore presso il Pacific Northwest National Laboratory. Tali fili sottili possono essere piegati più dell'ossido di zinco sfuso senza rompersi, rendendo possibile applicare una maggiore tensione e quindi generare più elettricità. Penso che sia un lavoro molto significativo, dice Liu. [Wang] ha fatto cose che la gente sospettava fossero possibili, ma non ha mai funzionato.