En un mundo hambriento de energía limpia, los ingenieros han creado un nuevo material que convierte vibraciones mecánicas simples a nuestro alrededor en electricidad para alimentar sensores en todo, desde marcapasos hasta naves espaciales.
El sistema de nueva generación es el primero de su tipo y el producto de una década de trabajo de investigadores de la Universidad de Waterloo y la Universidad de Toronto, y es compacto, confiable, de bajo costo y extremadamente ecológico.
“Nuestro avance tendrá un impacto social y económico significativo al reducir nuestra dependencia de fuentes de energía no renovables”, dijo Asif Khan, investigador de Waterloo y coautor de un nuevo estudio sobre el proyecto. «Necesitamos estos energizantes más críticamente en este momento que en cualquier otro momento de la historia».
El sistema desarrollado por Khan y sus colegas se basa en el efecto piezoeléctrico, que genera una corriente eléctrica al apretar, por ejemplo, las vibraciones mecánicas, en un material adecuado.
El efecto se descubrió en 1880 y, desde entonces, un número limitado de materiales piezoeléctricos, como el cuarzo y las sales de Rochelle, se han utilizado en tecnologías que van desde sonares y ultrasonidos hasta microondas.
El problema es que, hasta ahora, los materiales piezoeléctricos tradicionales utilizados en dispositivos comerciales han tenido una capacidad limitada para generar electricidad. También suelen usar plomo, que Khan describe como «malo para el medio ambiente y la salud humana».
Los investigadores resolvieron ambos problemas.
Comenzaron cultivando un gran monocristal de un compuesto molecular de haluro metálico llamado cloruro de cobre edabco utilizando el efecto Jahn-Teller, un conocido concepto químico relacionado con la distorsión geométrica espontánea de un campo cristalino.
Luego se usó un material altamente piezoeléctrico, dijo Khan, para fabricar nanogeneradores «de una densidad de energía récord que pueden generar pequeñas vibraciones mecánicas en cualquier condición dinámica, desde el movimiento humano hasta los vehículos motorizados» en un proceso que no requiere plomo ni energía no renovable.
El nanogenerador es pequeño (2,5 centímetros cuadrados y aproximadamente el grosor de una tarjeta de presentación) y se puede usar fácilmente en innumerables situaciones. Tiene el potencial de alimentar sensores en una amplia variedad de dispositivos electrónicos, incluidos los miles de millones necesarios para el Internet de las cosas, la floreciente red global de objetos integrados con sensores y software que se conecta e intercambia datos con otros dispositivos.
Dr.. diane banEn el futuro, las vibraciones de la aeronave podrían alimentar los sistemas de monitoreo sensorial, o el latido del corazón de una persona podría mantener funcionando un marcapasos sin batería, dijo el investigador del Instituto de Nanotecnología de Waterloo.
«Nuestros nuevos materiales mostraron un rendimiento récord», dijo Pan, profesor de ingeniería eléctrica e informática. «Marca un nuevo camino a seguir para este campo».
el estudio, Gran respuesta piezoeléctrica en un haluro metálico molecular Jahn-Teller deformableaparece en Nature Communications.
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