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Un nuovo nanogeneratore
I biosensori wireless che monitorano i patogeni nell'acqua e misurano la pressione sanguigna o i biomarcatori del cancro nel corpo si stanno riducendo a dimensioni nanometriche. Per farli funzionare, i ricercatori stanno cercando fonti di energia altrettanto piccole. I nanofili che convertono l'energia meccanica in elettricità sono una tecnologia promettente.
Linea elettrica: Utilizzando una semplice configurazione di laboratorio, i ricercatori hanno dimostrato che i nanofili di titanato di bario possono convertire l'energia meccanica in elettricità. Il progresso potrebbe portare a nanogeneratori che alimentano minuscoli sensori biologici, nanodispositivi e dispositivi elettronici portatili.
Ora i ricercatori dell'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign (UIUC) hanno fatto il primo passo verso la costruzione di un nanogeneratore di titanato di bario. Finora, gli sforzi per realizzare nanogeneratori si sono concentrati sui nanofili di ossido di zinco. Ma il titanato di bario potrebbe portare a generatori migliori perché mostra un effetto piezoelettrico più forte, afferma il professore di scienze meccaniche e ingegneria Min-Feng Yu , che sta conducendo la ricerca all'UIUC. Gli esperimenti di laboratorio mostrano che un nanofilo di titanato di bario può generare 16 volte più elettricità di un nanofilo di ossido di zinco dalla stessa quantità di vibrazioni meccaniche, dice.
I nanogeneratori potrebbero portare a molti progressi: sensori biomedici alimentati dal flusso sanguigno o dalle contrazioni muscolari, minuscoli sensori di gas che funzionano su onde del vento o acustiche, monitor di agenti patogeni alimentati dal flusso d'acqua ed elettronica portatile collegata a nanofili nelle scarpe. L'idea del nanogeneratore è diventata sempre più convincente, afferma Yi Cui , professore di scienze dei materiali e ingegneria alla Stanford University. È un'idea che potrebbe funzionare.
Nel 2006, un team di ricercatori guidato da Zhong Lin Wang del Georgia Institute of Technology ha mostrato per la prima volta che i nanofili di ossido di zinco potrebbero raccogliere energia meccanica per generare elettricità. Da allora il gruppo di Wang ha compiuto molti progressi, dimostrando di recente un array di nanofili di ossido di zinco che emette corrente continua in risposta alle vibrazioni ultrasoniche. (Vedi Nanogeneratore alimentato da vibrazioni.)
Il team UIUC è il primo ad utilizzare il titanato di bario. In un online Nano lettere carta , Yu e i suoi colleghi mostrano che l'applicazione di vibrazioni a un singolo nanofilo di titanato di bario porta a una piccola produzione di energia. Nel loro esperimento, i ricercatori collegano un nanofilo attraverso uno spazio vuoto su un substrato, mantenendo un'estremità ferma e spostando l'altra estremità. L'energia di uscita è estremamente piccola, circa 0,3 attojoule, ma per la stessa configurazione, un nanofilo di ossido di zinco fornisce una produzione di energia 16 volte inferiore, afferma Yu.
Xudong Wang , un ricercatore del gruppo (nessuna relazione) di Zhong Lin Wang e vincitore del TR35 nel 2007, è felice di vedere progressi nell'utilizzo di materiali diversi dall'ossido di zinco per realizzare nanogeneratori. Dice che i risultati sembrano promettenti. Il più grande vantaggio dell'uso del titanato di bario, secondo lui, è che è possibile generare tensioni più elevate rispetto all'ossido di zinco. Questo è molto importante per una fonte di alimentazione.
Ma l'ossido di zinco ha i suoi vantaggi. Non è tossico per i sistemi biologici, quindi potrebbe essere più adatto del titanato di bario per i dispositivi impiantabili. Inoltre, è più facile controllare la crescita dell'ossido di zinco per fabbricare array di nanofili. Per realizzare un dispositivo applicabile, è necessario disporre di molti nanofili con lo stesso orientamento nella stessa posizione, afferma Xudong Wang. Potrebbe essere difficile da ottenere con il titanato di bario.
Yu riconosce le difficoltà con la crescita di nanofili di titanato di bario. Il lavoro suo e dei suoi colleghi a questo punto è preliminare, dice, ma mostra già il potenziale per realizzare nanogeneratori più efficienti e con un rendimento più elevato. Per quanto riguarda Cui, afferma che i nanogeneratori di titanato di bario potrebbero essere fattibili, ma avverte che in termini di realizzazione di un dispositivo funzionante, sicuramente c'è ancora molta strada da fare.