Energia vibraţiilor, secretul dispozitivelor electronice cu alimentare proprie

O echipă de ingineri de la mai multe universităţi a dezvoltat ceea ce ar putea fi o soluţie promiţătoare pentru încărcarea cu energie a bateriilor telefoanelor inteligente şi care nu necesită utilizarea unui cablu electric.

Încorporat direct într-o carcasă de telefon mobil, nanogeneratorul echipei de ingineri ar putea capta şi converti energia vibraţiilor de pe o suprafaţă cum ar fi scaunul pasagerului dintr-un vehicul aflat în mişcare în energie electrică pentru telefon. „Noi credem că acest dispozitiv ar putea fi o nouă soluţie pentru realizarea de aparate electronice personale având funcţia de alimentare proprie cu energie electrică", declară Xudong Wang, profesor asistent de ştiinţa materialelor şi inginerie la University of Wisconsin-Madison.

Wang, doctorandul său Yanchao Mao şi colaboratorii lor de la Sun Yat-sen University din China şi University of Minnesota Duluth au descris dispozitivul lor reprezentat de un nanogenerator piezoelectric mezoporos în ediţia din 27 ianuarie 2014 a revistei Advanced Energy Materials.

Nanogeneratorul beneficiază de avantajele conferite de un material polimer piezoelectric obişnuit denumit fluorură de poliviniliden sau PVDF. Materialele piezoelectrice pot genera energie electrică în urma aplicării unei forţe mecanice de deformare asupra lor şi totodată ele pot genera forţe mecanice ca efect al aplicării asupra lor a unui câmp electric.

În loc să se bazeze pe efectul de apariţie al unei forţe mecanice sau a unui câmp electric, cercetătorii au încorporat nanoparticule de oxid de zinc într-un film subţire de PVDF pentru a declanşa apariţia efectului piezoelectric care îi permite acestuia să capteze energia vibraţiilor. În continuare ei au gravat nanoparticulele de pe film obţinând în acest fel pori interconectaţi, denumiţi „mezopori" datorită dimensiunii lor, ceea ce a făcut ca materialul care era iniţial rigid să se comporte oarecum ca un burete.

Acest material ca un burete este cheia pentru captarea energiei vibraţiilor. „Cu cât materialul este mai moale, cu atât mai sensibil este acesta la vibraţiile de energie mică", spune Wang.

Nanogeneratorul include straturi subţiri conductoare pe faţa şi pe spatele filmului polimer mezoporos, iar cercetătorii pot ataşa acest film flexibil, moale pe suprafeţe plate sau curbe, inclusiv pe pielea omului. În cazul unui telefon mobil, nanogeneratorul se folosește de greutatea proprie a telefonului pentru a intensifica mişcarea acestuia şi a amplifica semnalul electric de ieşire.

Nanogeneratorul ar putea deveni o parte integrantă a unui dispozitiv electronic, de exemplu, sub forma unui panou aflat în spate sau sub forma unei carcase ce captează energia din vibraţiile înconjurătoare şi alimentează în mod direct dispozitivul electronic cu energie electrică.

Wang spune că soluţia constructivă simplă adoptată de echipa sa de proiectare pentru nanogenerator şi procesul de fabricaţie al acestuia ar putea fi aplicate la o scară dimensională mai mare. „Putem obţine diverse proprietăţi mecanice în film", spune el. „Este important, de asemenea, modul de proiectare al dispozitivului. Deoarece noi am putut realiza acest dispozitiv, carcasele de telefon cu alimentare proprie sau sistemele de alimentare cu energie electrică bazate pe senzori de vibraţie ar putea deveni realitate".