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I fogli flessibili catturano l'energia dal movimento
I ricercatori della Princeton University hanno creato un materiale flessibile che raccoglie quantità record di energia quando è stressato. I ricercatori affermano che il materiale potrebbe essere incorporato nelle suole delle scarpe per alimentare l'elettronica portatile, o persino posizionato sui polmoni di un malato di cuore per ricaricare un pacemaker mentre respira.
Fletti la tua potenza: Un ricercatore di Princeton tiene un quadrato di silicone incastonato con un nastro di materiale cristallino che genera una corrente elettrica quando viene flesso.
La gomma per la raccolta dell'energia racchiude nastri di un materiale piezoelettrico chiamato PZT tra pezzi di silicone. Quando sollecitato meccanicamente, un materiale piezoelettrico genera una tensione che può essere utilizzata per produrre corrente elettrica; una corrente può anche essere riconvertita in movimento meccanico.
Il materiale in gomma può sfruttare l'80% dell'energia applicata quando viene flesso, quattro volte di più rispetto ai materiali piezoelettrici flessibili esistenti.
La flessibilità potrebbe rivelarsi vitale se la tecnologia di raccolta dell'energia deve decollare. Ad esempio, i militari hanno testato scarpe piezoelettriche con suola rigida come fonte di energia, ma i soldati si sono lamentati del dolore ai piedi. E i precedenti raccoglitori di energia flessibili, basati su polimeri piezoelettrici, nanofili o altri tipi di cristalli, emettevano poca corrente elettrica.
Il PZT è il materiale piezoelettrico più efficiente conosciuto, ma la sua struttura cristallina significa che deve essere coltivato ad alte temperature, che normalmente fondono un substrato flessibile. I ricercatori di Princeton, guidati dal professore di ingegneria meccanica Michael McAlpine , ha aggirato questo problema realizzando PZT ad alte temperature e quindi trasferendo sottili nastri di materiale sul silicone.
Innanzitutto, i ricercatori trattano il PZT con un bagno di incisione chimica che rimuove un sottile nastro dalla superficie del cristallo. Quindi usano un timbro in polimero per prendere il nastro e posizionarlo su una pellicola di silicone prima di coprirlo con un secondo pezzo di silicone e sigillarlo. Tutti i processi che utilizziamo per realizzare nastri PZT flessibili sono estremamente semplici e diretti, afferma McAlpine. Fondamentalmente, i ricercatori hanno scoperto che il processo non compromette l'efficienza di conversione energetica di PZT.
Test di prova descritti questa settimana sulla rivista Nano lettere mostrano che i nastri PZT rivestiti in gomma mantengono la loro elevata efficienza di conversione di potenza. McAlpine afferma che il semplice processo di stampa dovrebbe essere facilmente scalabile per realizzare fogli più grandi; ha depositato un brevetto sul processo.
McAlpine è particolarmente concentrato sulle applicazioni biomediche del materiale e afferma che potrebbe ridurre il numero di interventi chirurgici che i pazienti con impianti devono sottoporsi. Ad esempio, i medici potrebbero posizionare un lenzuolo per la generazione di energia contro i polmoni durante l'intervento chirurgico iniziale; il movimento costante degli organi potrebbe aiutare a ricaricare una batteria, dice McAlpine.
Jim Grotberg , professore di chirurgia e ingegneria biomedica presso l'Università del Michigan, afferma che il monitoraggio wireless e la somministrazione di farmaci per i pazienti con problemi medici cronici sono altre potenziali applicazioni. Se hai un sensore che monitora la frequenza cardiaca, l'attività cerebrale o la pressione sanguigna o un sistema di iniezione di insulina impiantabile, hai bisogno di una batteria, dice.
Lo stesso PZT non è biocompatibile: la p deriva dal simbolo chimico del piombo, uno dei suoi componenti insieme allo zirconio e al titanio. Ma i nastri di cristallo sono completamente incapsulati in silicone, un materiale approvato dalla Food and Drug Administration per gli impianti medici.
Anche i test sugli animali sono ancora lontani. Ma i ricercatori di Princeton stanno ora realizzando prototipi di dispositivi dai fogli per testare quanta elettricità possono generare quando sono incorporati nelle scarpe.