In un mondo affamato di energia pulita, gli ingegneri hanno creato un nuovo materiale che converte le semplici vibrazioni meccaniche intorno a noi in elettricità per alimentare i sensori in tutto, dai pacemaker ai veicoli spaziali.
Il sistema di nuova generazione, primo nel suo genere e frutto di un decennio di lavoro dei ricercatori dell’Università di Waterloo e dell’Università di Toronto, è compatto, affidabile, economico ed estremamente rispettoso dell’ambiente.
“La nostra svolta avrà un impatto sociale ed economico significativo riducendo la nostra dipendenza da fonti energetiche non rinnovabili”, ha affermato Asif Khan, ricercatore a Waterloo e coautore di un nuovo studio sul progetto. “Abbiamo bisogno di questi energizzanti in modo più critico in questo momento che in qualsiasi altro momento della storia”.
Il sistema sviluppato da Khan e colleghi si basa sull’effetto piezoelettrico, che genera una corrente elettrica schiacciando – le vibrazioni meccaniche ne sono un esempio – su un materiale adatto.
L’effetto è stato scoperto nel 1880 e da allora un numero limitato di materiali piezoelettrici, come il quarzo e i sali di Rochelle, è stato utilizzato in tecnologie che vanno dai sonar e dagli ultrasuoni alle microonde.
Il problema è che, fino ad ora, i materiali piezoelettrici tradizionali utilizzati nei dispositivi commerciali hanno avuto una capacità limitata di generare elettricità. Spesso usano anche il piombo, che Khan descrive come “dannoso per l’ambiente e la salute umana”.
I ricercatori hanno risolto entrambi i problemi.
Hanno iniziato coltivando un grande cristallo singolo di un composto molecolare alogenuro metallico chiamato cloruro di rame edabco utilizzando l’effetto Jahn-Teller, un noto concetto chimico correlato alla distorsione geometrica spontanea di un campo cristallino.
Un materiale ad alto piezoelettrico è stato quindi utilizzato, ha detto Khan, per fabbricare nanogeneratori “di densità energetica record in grado di raccogliere piccole vibrazioni meccaniche in qualsiasi condizione dinamica, dal movimento umano ai veicoli motorizzati” in un processo che non richiede né piombo né energia non rinnovabile.
Il nanogeneratore è piccolo – 2,5 centimetri quadrati e circa lo spessore di un biglietto da visita – e può essere facilmente utilizzato in innumerevoli situazioni. Ha il potenziale per alimentare sensori in un’ampia varietà di dispositivi elettronici, compresi i miliardi necessari per l’Internet delle cose, la fiorente rete globale di oggetti incorporati con sensori e software che si collegano e scambiano dati con altri dispositivi.
Dott.. Diane BanIn futuro, le vibrazioni del velivolo potrebbero alimentare i sistemi di monitoraggio sensoriale o il battito cardiaco di una persona potrebbe far funzionare un pacemaker senza batteria, ha affermato il ricercatore del Waterloo Institute for Nanotechnology.
“I nostri nuovi materiali hanno mostrato prestazioni da record”, ha affermato Pan, professore di ingegneria elettrica e informatica. “Segna una nuova via da seguire per questo campo”.
lo studio, Ampia risposta piezoelettrica in un alogenuro metallico molecolare Jahn-Teller deformabileappare su Nature Communications.
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