W kierunku implantów medycznych zasilanych falami dźwiękowymi z otoczenia
W technologiach przechwytywania energii do wytwarzania energii elektrycznej wykorzystywane są minimalne ilości energii ze środowiska, które mogą zasilać praktyczne urządzenia. Przykładowo, przenośne, a nawet wszczepiane urządzenia, takie jak rozruszniki serca, mogłyby być zasilane ruchem ludzkiego ciała. Szczególnie interesujące podejście do przechwytywania energii polega na wykorzystaniu materiałów piezoelektrycznych, które potrafią przekształcać energię mechaniczną na energię elektryczną, co okryli w 1880 r. bracia Jacques i Pierre Curie. Ostatnio zasugerowano, że nanomateriały piezoelektryczne mogą być jeszcze bardziej przydatne ze względu na swoje niezwykłe właściwości mechaniczne, wyższe współczynniki piezoelektryczne oraz zgodność z elastycznymi i zużywalnymi podłożami. Jednakże, mimo bardzo obiecujących wstępnych wyników badań nad zastosowaniami praktycznymi, nanogeneratory piezoelektryczne wymagają udoskonalenia zarówno pod względem procesów produkcji, jak i wydajności transdukcji. W ramach finansowanego przez UE projektu "Piezoelectric nanogenerators on suspended microstructures for energy harvesting" (PING) zajęto się tymi zagadnieniami i w bardzo krótkim czasie poczyniono znaczące postępy. W szczególności badacze starali się udoskonali niskotemperaturowy proces produkcji (wodny wzrost chemiczny) w celu trwałego zwiększenia homogeniczności nanoprzewodów z tlenku cynku oraz ich długości. Zaproponowali również dodatkowe zwiększenie możliwości generowania prądu elektrycznego poprzez zintegrowanie długich nanoprzewodów z zawieszonymi miniaturowymi mostami i membranami, co umożliwia wzmocnienie napływającej energii akustycznej, a tym samym skutkuje jeszcze większym ugięciem nanoprzewodów. Zastosowano miejscowe podgrzewanie w czasie procesu wzrostu w celu ułatwienia generowania nanoprzewodów o bardziej jednolitej strukturze. Zespół zaprojektował innowacyjne koncepcje mikrogrzejników przy pomocy metody elementów skończonych. Ponadto naukowcom udało się uzyskać dłuższe nanoprzewody z tlenku cynku dzięki podgrzewaniu samego substratu zamiast całego roztworu ze składnikami odżywczymi. Przyniosło to skutek w postaci znacznego zmniejszenia ilości odpadów materiałowych oraz zużycia energii. Do oceny morfologii oraz krystaliczności nanoprzewodów zastosowano zaawansowane metody mikroskopowania. Badana technologia jest nie tylko obiecująca w kontekście wytwarzania wysokowydajnych urządzeń, ale również niskokosztowa i przyjazna dla środowiska. Trwają prace nad dalszym rozwojem metody podgrzewania substratu oraz scharakteryzowaniem pierwszych powiązanych z nią urządzeń. Uczestnicy projektu PING położyli podwaliny pod opracowanie znacznie usprawnionych nanogeneratorów piezoelektrycznych, dzięki zastosowaniu innowacyjnych metod przetwarzania Nanogeneratory powinny znaleźć wiele zastosowań, np. jako wszczepialne urządzenia medyczne oraz bezprzewodowe sieci sensorowe. Autonomiczne zasilanie, eliminujące potrzebę stosowania akumulatorów, pozwoli tego rodzaju urządzeniom funkcjonować tak długo, jak długo wytrzymają materiały.
Słowa kluczowe
Nanogenerator, piezoelektryczny, przechwytywanie energii, nanoprzewód, wodny wzrost chemiczny, mikrogrzejnik, membrana zawieszona
