Basados en nanocables de óxido de zinc verticalmente alineados que se mueven dentro de la placa del electrodo en forma de “zig-zag”, el nanogenerador podría proporcionar una nueva forma de suministrar energía a nanodispositivos sin baterías u otras fuentes externas de potencia.
“Este es un gran paso hacia la tecnología portátil, adaptable y de bajo costo para suministrar energía a dispositivos de nanoescala,” dijo Zhong Lin Wang, Profesor de la Georgia Institute of Technology. “Hubo muchos intereses en la creación de nanodispositivos, pero hemos tendido a no pensar en cómo suministrarles energía. Nuestro nanogenerador nos permite cosechar o reciclar energía de muchas fuentes para potenciar estos dispositivos.”
Los nanogeneradores sacan provecho de las propiedades únicas de piezoelectricidad y semiconductividad de las nanoestructuras del óxido de zinc, que producen pequeñas cargas eléctricas cuando son flexionadas.
La fabricación comienza con el crecimiento de los nanocables alineados verticalmente separados aproximadamente medio micrón en zafiro o un substrato de polímero flexible. Una capa de óxido de zinc se agrega encima del substrato para colectar la corriente. Los investigadores también fabricaron electrodos de silicio, que contienen miles de extremidades a escala nanométrica hechas conductoras al ser recubiertas por platino.
El electrodo es puesto encima del arreglo de nanocables, dejando justo espacio suficiente para que un número significativo de los nanocables estén libres para flexionarse entre los espacios creados por las extremidades. Movidos por energía mecánica como ondas o vibración, los nanocables periódicamente contactan las extremidades, transfiriendo sus cargas eléctricas. Al capturar las pequeñas cantidades de corriente producidas por miles de nanocables mantenidos en movimiento, los generadores producen una corriente directa en el rango del nano-Ampère.
Wang y los miembros de su grupo Xudong Wang, Jinhui Song y Jin Liu esperan que con la optimización, su nanogenerador podrá producir tanto como 4 watts por centímetro cúbico - basados en el cálculo por un sólo nanocable. Eso sería suficiente para suministrar energía a un gran rango de aplicaciones biomédicas, ambientales y de defensa a escala nanométrica, incluyendo biosensores implantados en el cuerpo, monitores ambientales - y hasta nanorobot.
En su laboratorio, los investigadores apuntaron una fuente de ultrasonido a su nanogenerador para medir la salida de corriente por poco más de una hora. Aunque se presentó alguna fluctuación en la salida, el flujo de corriente fue continuo mientras el generador de ultrasonido estuviera operando, dijo Wang.
Proveer energía a nanodispositivos fue por mucho tiempo un desafío. Las baterías y otras fuentes tradicionales son demasiado grandes y tienden a arruinar las ventajas en tamaño de los nanodispositivos. Y como las baterías contienen materiales tóxicos como litio y cadmio, no pueden ser implantados en el cuerpo como parte de aplicaciones biomédicas.
Dado que el óxido de cinc no es tóxico y es compatible con el cuerpo, los nuevos nanogeneradores podrían ser integrados en dispositivos biomédicos implantables para medir el flujo sanguíneo y la presión dentro del cuerpo sin cables.
“Si tuvieras un dispositivo como este en tus zapatos, cuando caminaras estarías en condiciones de generar tu propia corriente para pequeños aparatos electrónicos,” notó Wang. “Cualquier cosa que haga moverse a los nanocables dentro del generador puede ser usado para generar energía. Poca fuerza es necesaria para moverlos.”
Fuente: Georgia Institute of Technology
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