(Arriba) El nanogenerador produce un voltaje bajo una deformación mecánica periódica. En el nanogenerador deformado, las regiones roja y azul indican un potencial piezoeléctrico positivo y negativo, respectivamente. (Abajo) Fotografías ópticas de la matriz de nanocables que muestran su flexibilidad y robustez. Crédito:Long Gu, et al. © 2012 Sociedad Química Estadounidense
(Phys.org) —Dando un importante paso adelante para los sistemas autoamplificados, Los investigadores han construido un nanogenerador con un voltaje de salida ultra alto de 209 V, que es 3,6 veces superior al récord anterior de 58 V. El nanogenerador, que tiene un área de menos de 1 cm 2 , puede alimentar instantáneamente un LED comercial y podría tener una amplia variedad de aplicaciones, como proporcionar una forma de alimentar objetos en el "Internet de las cosas".
Los investigadores, dirigido por Yong Qin en la Universidad de Lanzhou en Lanzhou, Porcelana, y la Academia de Ciencias de China en Beijing; y Zhong Lin Wang de la Academia de Ciencias de China y el Instituto de Tecnología de Georgia en los EE. UU., han publicado su estudio sobre el nuevo nanogenerador en un número reciente de Nano letras .
El nanogenerador consta de una matriz de nanocables de 420 μm de longitud alineados verticalmente, con electrodos en la parte superior e inferior de la matriz. Bajo el impacto periódico de un objeto que pesa alrededor de media libra, o simplemente presionando un dedo, el nanogenerador experimenta una presión que hace que la matriz de nanocables se deforme. Debido al efecto piezoeléctrico, esta compresión mecánica impulsa los electrones hacia el electrodo inferior, generando una corriente eléctrica. Cuando se retira el objeto pesado, la presión se libera y los electrones fluyen de regreso a través del circuito. Al repetir esta deformación mecánica periódica en el nanogenerador, los investigadores podrían generar electricidad.
Los científicos descubrieron que la cantidad de electricidad generada por el nanogenerador depende de la fuerza del impacto. Al dejar caer un objeto con un peso de 193 gramos sobre el nanogenerador desde diferentes alturas que van de 5 a 13 mm, los científicos observaron que la señal de salida es proporcional a la raíz cuadrada de la altura de caída.
En sus experimentos, los investigadores demostraron que una fuerza de impacto lo suficientemente grande aplicada al nanogenerador puede generar un voltaje máximo de 209 V y una corriente máxima de 53 μA, correspondiente a una densidad de corriente de 23,5 μA / cm 2 , que es 2,9 veces más alta que la densidad de corriente de salida de registro anterior de 8,13 μA / cm 2 .
"La potencia de salida de un nanogenerador depende del voltaje y la corriente, porque la potencia de salida es el producto del voltaje y la corriente, Wang dijo Phys.org . "Al aumentar el voltaje de salida, naturalmente aumentamos la potencia de salida. Esto es esencial para todas y cada una de las aplicaciones para la conducción de dispositivos electrónicos pequeños, electrónica portátil y sensores inalámbricos ".
Los investigadores demostraron que la potencia de salida lograda aquí es lo suficientemente alta como para alimentar directamente un LED comercial de 1,9 V. A diferencia de la mayoría de los otros nanogeneradores, el nuevo dispositivo no requiere una unidad de almacenamiento de energía, una ventaja que puede permitir que los sistemas autoamplificados funcionen en una amplia variedad de entornos.
Además de encender un LED, el nanogenerador también puede tener aplicaciones biológicas. Aquí, los investigadores utilizaron el nanogenerador para estimular el nervio ciático de una rana y hacer que el músculo de la pantorrilla gastrocnemio de la rana se contraiga. Previamente, Este fenómeno se ha demostrado utilizando un gran nanogenerador con un área de aproximadamente 9 cm. 2 , mientras que el nuevo nanogenerador con un área de solo 0,95 cm 2 puede realizar la misma estimulación nerviosa e inducir el movimiento muscular bajo el pequeño impacto de un pequeño toque con el dedo.
En el futuro, diminutos nanogeneradores de alta potencia como este podrían tener aplicaciones en la reparación de redes neuronales biológicas, en seguridad nacional, y en el "Internet de las cosas". En este último escenario, todos los objetos físicos se etiquetarían (por ejemplo, con identificación por radiofrecuencia [RFID]), y representados virtualmente en una futura Internet, donde podrían ser monitoreados en tiempo real.
"El plan futuro es aumentar continuamente la potencia de salida para que podamos satisfacer más necesidades tecnológicas, "Dijo Wang.
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