La autonomía es una característica muy esperada de los microsistemas de próxima generación, como sensores remotos, artilugios electrónicos portátiles, biosensores implantables y nanorobots. Investigadores de KAUST dirigidos por Husam Alshareef, Jr-Hau He y Khaled Salama han desarrollado pequeños dispositivos independientes mediante la integración de unidades de energía sin mantenimiento que producen y usan su propio combustible en lugar de depender de una fuente de energía externa.

Los nanogeneradores triboeléctricos (TENG) capturan energía mecánica de su entorno, como vibraciones y movimientos aleatorios producidos por humanos, y convertirlo en electricidad. En estos pequeños generadores El contacto por fricción entre materiales de diferente polaridad crea superficies con carga opuesta. La fricción repetida hace que los electrones salten entre estas superficies, resultando en voltaje eléctrico.

"Aprovechamos este efecto triboeléctrico para recolectar energía de movimientos simples, como aplaudir, golpeteo con los dedos y movimiento rutinario de la mano, para conducir diferentes tipos de sensores, "dice Alshareef.

Los investigadores han desarrollado un fotodetector autoamplificado mediante el acoplamiento del polímero polidimetilsiloxano (PDMS) a base de silicona como un TENG con un material llamado perovskita de haluro organometálico. El material a base de haluro de plomo presenta propiedades optoelectrónicas que son deseables en células solares y diodos emisores de luz.

Para optimizar su diseño y eliminar la necesidad de un actuador de movimiento, Su equipo fabricó el fotodetector utilizando dos láminas de polímero de varias capas separadas por un pequeño espacio. Una hoja comprendía la película ultrafina de perovskita mientras que la otra contenía una capa de PDMS. La brecha permitió al equipo aprovechar el efecto triboeléctrico cuando el dispositivo se activaba tocando con los dedos.

"El dispositivo autoamplificado mostró una excelente capacidad de respuesta a la luz incidente, especialmente cuando se expone a luz de baja intensidad, "dice Mark Leung, el autor principal del estudio de fotodetectores. Debido a sus componentes poliméricos flexibles y transparentes, también conservó su rendimiento después de doblarse 1, 000 veces e independientemente de la orientación de la luz incidente.

Empujando los límites aún más, Los investigadores diseñaron un brazalete portátil autoamplificado que puede almacenar la energía mecánica convertida mediante la combinación de un nanogenerador de silicona incrustado en fibra de carbono con microsupercondensadores MXene².

Incorporaron nanogeneradores y condensadores electroquímicos miniaturizados en un solo dispositivo monolítico revestido de caucho de silicona. La carcasa elástica y a prueba de fugas proporcionaba un brazalete flexible y suave que se adaptaba completamente al cuerpo. Las fluctuaciones en la separación piel-silicona alteraron el equilibrio de carga entre los electrodos, haciendo que los electrones fluyan hacia adelante y hacia atrás a través del TENG y el microcondensador se cargue.

Además de exhibir un ciclo de vida más largo y un tiempo de carga corto, Los microsupercondensadores MXene pueden acumular más energía en un área determinada que las microbaterías y las películas delgadas, ofreciendo unidades de almacenamiento de energía a pequeña escala más rápidas y efectivas para la electricidad generada por TENG. Cuando está activo, la pulsera puede usar la energía almacenada para operar varios dispositivos electrónicos, como relojes y termómetros.

"Nuestro objetivo final es desarrollar una plataforma de sensores autoamplificados para el control de la salud personalizado, "dice el estudiante de doctorado Qiu Jiang, el autor principal del proyecto de banda autocargable. El equipo ahora planea introducir sensores en el sistema para detectar biomarcadores en el sudor humano.