Hoy dia, estamos rodeados de una variedad de dispositivos electrónicos que se acercan cada vez más a nosotros:podemos colocarlos y usarlos, o incluso implantar dispositivos electrónicos dentro de nuestro cuerpo.

Hay muchos tipos de dispositivos inteligentes disponibles y fáciles de usar. El objetivo ahora es hacer dispositivos electrónicos portátiles que sean flexibles, sostenible y alimentado por energía renovable ambiental.

Este último objetivo inspiró a un grupo de investigadores del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea (KAIST) a explorar cómo las atractivas características físicas de los materiales de óxido de zinc (ZnO) podrían usarse de manera más efectiva para aprovechar abundantes fuentes de energía mecánica para alimentar microdispositivos. Descubrieron que la inserción de capas aislantes de nitruro de aluminio en dispositivos de recolección de energía basados ​​en ZnO condujo a una mejora significativa del rendimiento de los dispositivos. Los investigadores informan sus hallazgos en la revista. Letras de física aplicada .

"La energía mecánica existe en todas partes, todo el tiempo, y en una variedad de formas, incluido el movimiento, sonido y vibración. La conversión de energía mecánica a energía eléctrica es un enfoque confiable para obtener electricidad para alimentar lo sostenible, dispositivos inalámbricos y flexibles, libres de limitaciones ambientales, "explicó Giwan Yoon, profesor del Departamento de Ingeniería Eléctrica de KAIST.

Materiales piezoeléctricos como ZnO, así como varios otros, tener la capacidad de convertir energía mecánica en energía eléctrica, y viceversa. "Las nanoestructuras de ZnO son especialmente adecuadas como elementos funcionales de nanogeneradores, gracias a sus numerosas virtudes, incluida la transparencia, biocompatibilidad sin plomo, conformabilidad nanoestructural, estabilidad química, y propiedades piezoeléctricas y semiconductoras acopladas, "señaló Yoon.

¿El concepto clave detrás del trabajo del grupo? Dispositivos de recolección de microenergía flexibles basados ​​en ZnO, también conocido como "nanogeneradores, "puede estar compuesto esencialmente de matrices de nanovarillas o nanocables de ZnO piezoeléctricas intercaladas entre dos electrodos formados en los sustratos flexibles. En resumen, los mecanismos de trabajo involucrados pueden explicarse como un flujo transitorio de electrones impulsado por el potencial piezoeléctrico.

"Cuando los dispositivos flexibles pueden deformarse mecánicamente fácilmente por diversas excitaciones externas, nanobarras o nanocables de ZnO tensos tienden a generar cargas polarizadas, cuales, Sucesivamente, generar campos piezoelectrónicos, "dijo Yoon." Esto permite que las cargas se acumulen en los electrodos y genera un flujo de corriente externa, que conduce a señales electrónicas. O podemos utilizar las señales de salida eléctricas directamente o almacenarlas en dispositivos de almacenamiento de energía ".

Otros investigadores han informado que el uso de materiales aislantes puede ayudar a proporcionar una barrera potencial extremadamente grande. "Esto hace que sea de vital importancia que los materiales aislantes se seleccionen y diseñen cuidadosamente, teniendo en cuenta tanto las propiedades del material como el mecanismo de funcionamiento del dispositivo, "dijo Eunju Lee, investigador postdoctoral en el grupo de Yoon.

Hasta la fecha, sin embargo, Se han realizado pocos esfuerzos para desarrollar nuevos materiales aislantes y evaluar su aplicabilidad a dispositivos nanogeneradores o determinar sus efectos en el rendimiento de salida del dispositivo.

Los investigadores de KAIST propusieron, por primera vez, nuevas capas apiladas piezoeléctricas de ZnO / nitruro de aluminio (AlN) para su uso en nanogeneradores.

"Descubrimos que la inserción de capas aislantes de AlN en dispositivos de recolección basados ​​en ZnO condujo a una mejora significativa de su rendimiento, independientemente del grosor de la capa y / o la posición de la capa en los dispositivos, "dijo Lee." Además, el rendimiento y la polaridad del voltaje de salida parecen depender de la posición relativa y el grosor de las capas de ZnO y AlN apiladas, pero esto necesita ser explorado más a fondo ".

Se espera que los hallazgos del grupo proporcionen un enfoque eficaz para la realización de dispositivos de recolección de microenergía basados ​​en ZnO de alta eficiencia energética. "Esto es particularmente útil para los sistemas electrónicos autoamplificados que requieren ubicuidad y sostenibilidad:dispositivos de comunicación portátiles, dispositivos de control sanitario, dispositivos de control ambiental y dispositivos médicos implantables, "señaló Yoon. Y hay potencialmente muchas otras aplicaciones.

A continuación, Yoon y sus colegas planean realizar un estudio más profundo para obtener una comprensión mucho más precisa y completa de los mecanismos de operación del dispositivo. "También exploraremos las configuraciones y dimensiones óptimas del dispositivo en función del trabajo de análisis del mecanismo de operación, "añadió.