La producción de dispositivos a nanoescala ha aumentado drásticamente con el aumento de las aplicaciones tecnológicas, sin embargo, un gran inconveniente de la funcionalidad de los sistemas nanométricos es la necesidad de un recurso energético igualmente pequeño.

Para abordar esta necesidad, Hamid Foruzande, Ali Hajnayeb y Amin Yaghootian de la Universidad Shahid Charmran de Ahvaz en Irán han estado modelando una nueva tecnología de recolectores de energía piezoeléctrica (PEH) a nivel nanométrico. En su artículo reciente, publicado esta semana en Anticipos de AIP , el equipo determinó cómo las dimensiones a pequeña escala impactan las vibraciones no lineales y la recolección de voltaje PEH.

Los materiales piezoeléctricos generan electricidad a partir de la aplicación de tensión mecánica, y se utilizan en todo, desde teléfonos móviles hasta transductores ultrasónicos. Esta electricidad también puede generarse mediante tensiones inducidas por vibraciones, permitiendo a los científicos crear PEH. Estos PEH se pueden miniaturizar hasta un tamaño micro o nanométrico y usarse junto con dispositivos a nanoescala.

"Hoy en día, la necesidad de nuevos sensores inalámbricos miniaturizados está creciendo. Estos sensores MEMS [sistemas microelectromecánicos] o NEMS [sistemas nanoelectromecánicos] suelen requerir una fuente de alimentación de su tamaño, "Dijo Hajnayeb.

La recolección de energía piezoeléctrica es un proceso bien conocido para convertir la energía disponible en un ambiente en energía que puede alimentar pequeños dispositivos eléctricos. Tradicionalmente, esto se ha utilizado para generar un suministro de energía autosuficiente. La autosuficiencia es muy deseable para los dispositivos a nanoescala debido a la naturaleza complicada de reemplazar los pequeños sistemas de energía.

Los PEH están ganando popularidad para aplicaciones a nanoescala debido a sus estructuras relativamente simples, densidades de energía más altas y capacidad de reducirse fácilmente. Los modelos a macroescala se han estudiado exhaustivamente y han proporcionado un punto de base sólido para producir modelos a nanoescala. Foruzande, Hajnayeb y Yaghootian están aprovechando estas cualidades adaptables y han generado modelos de PEH a nanoescala basados ​​en la teoría de la elasticidad no local.

"Es necesario utilizar esta teoría para otros sistemas a nanoescala y también los sensores en nanoescala, que utilizan materiales piezoeléctricos, "Dijo Hajnayeb." Tienen la misma teoría gobernante que usamos en nuestro artículo ".

El equipo de investigación estudió las vibraciones no lineales y el voltaje basándose en la teoría de la elasticidad no local, que establece que una tensión puntual depende de la deformación en una región alrededor de ese punto. Usando esta teoría, podrían derivar ecuaciones de movimiento no lineales con soluciones sencillas. Sus resultados mostraron que agregar una masa de punta de nanohaz y aumentar el factor de escala aumentaría el voltaje generado y la amplitud de vibración, aumentando así la producción de energía.

El modelado de PEH a micro y nanoescala también pudo revelar qué efectos de tamaño de impacto tenían en la producción que podían esperar. Los investigadores encontraron que el error de descuidar el tamaño es significativo cuando se comparan los PEH macro y micro. Ignorar varios efectos de tamaño dio como resultado estimaciones más bajas de las vibraciones de PEH.

La tecnología de sensores a nanoescala se está convirtiendo en un producto candente en la industria científica debido a sus amplias aplicaciones. Con aplicaciones en medicina, Ingenieria, física y más, la nanotecnología tiene mucho que ganar con el uso de una fuente de energía estable, como estos PEH recién modelados.