Гибкий пьезоэлектрический материал, пригодный для печати, который может преобразовывать механическое давление в электрическую энергию, был разработан австралийской исследовательской группой под руководством Университета RMIT.
Он в 100000 раз тоньше человеческого волоса и на 800% эффективнее других пьезоэлектриков на основе аналогичных нетоксичных материалов.
Важно отметить, что исследователи говорят, что его можно легко изготовить с помощью экономичного и коммерчески масштабируемого метода с использованием жидких металлов.
Ведущий исследователь д-р Насир Махмуд сказал, что материал, подробно описанный в новом исследовании Materials Today, стал важным шагом на пути к полной реализации потенциала устройств, управляемых движением и собирающих энергию.
«До сих пор самые эффективные нанотонкие пьезоэлектрики основывались на свинце, токсичном материале, который не подходит для биомедицинского использования», – сказал Махмуд, научный сотрудник вице-канцлера RMIT.
«Наш новый материал основан на нетоксичном оксиде цинка, который также легок и совместим с кремнием, что позволяет легко интегрировать его в современную электронику.
"Это настолько эффективно, что все, что вам нужно, – это один.1 нанометровый слой нашего материала для производства всей энергии, необходимой для полностью автономного наноустройства."
Потенциальные биомедицинские применения материала включают внутренние биосенсоры и биотехнологии с автономным питанием, такие как устройства, преобразующие артериальное давление в источник питания для кардиостимуляторов.
Нано-тонкие пьезоэлектрики также могут быть использованы при разработке интеллектуальных датчиков колебаний для обнаружения неисправностей в инфраструктуре, такой как здания и мосты, особенно в сейсмоопасных регионах.
Примеры технологий сбора энергии, которые могут быть реализованы за счет интеграции нового материала, включают умные кроссовки для зарядки мобильных телефонов и умные пешеходные дорожки, которые используют энергию шагов.
Гибкий наногенератор: как сделан материал
Новый материал производится с использованием метода печати жидким металлом, впервые примененного в RMIT.
Оксид цинка сначала нагревают, пока он не станет жидким. Этот жидкий металл, подвергшийся воздействию кислорода, образует сверху нанотонкий слой – как кожа на нагретом молоке, когда оно остывает.
Затем металл катится по поверхности, чтобы напечатать нанотонкие листы «кожицы» из оксида цинка."
Инновационная технология позволяет быстро производить крупногабаритные листы материала и совместима с любым производственным процессом, включая обработку рулонов (R2R).
В настоящее время исследователи работают над ультразвуковыми детекторами для использования в защите и мониторинге инфраструктуры, а также исследуют разработку наногенераторов для сбора механической энергии.
«Мы стремимся изучить возможности коммерческого сотрудничества и работать с соответствующими отраслями, чтобы вывести на рынок будущие энергогенерирующие наноустройства», – сказал Махмуд.