p Números piscando em uma tela de cristal líquido (LCD) geralmente indicam que o relógio de um dispositivo precisa ser redefinido. Mas no laboratório de Zhong Lin Wang na Georgia Tech, o número piscando em um pequeno LCD sinaliza o sucesso de um esforço de cinco anos para alimentar dispositivos eletrônicos convencionais com geradores em nanoescala que coletam energia mecânica do ambiente usando uma série de minúsculos nanofios. p Nesse caso, a energia mecânica vem da compressão de um nanogerador entre dois dedos, mas também pode vir de um batimento cardíaco, o bater do sapato de um caminhante em uma trilha, o farfalhar de uma camisa, ou a vibração de uma máquina pesada. Embora esses nanogeradores nunca irão produzir grandes quantidades de eletricidade para fins convencionais, eles poderiam ser usados ​​para alimentar dispositivos em nano e microescala - e até mesmo para recarregar marcapassos ou iPods.

p Os nanogeradores de Wang dependem do efeito piezoelétrico visto em materiais cristalinos, como o óxido de zinco, em que um potencial de carga elétrica é criado quando as estruturas feitas do material são flexionadas ou comprimidas. Ao capturar e combinar as cargas de milhões desses fios de óxido de zinco em nanoescala, Wang e sua equipe de pesquisa podem produzir até três volts - e até 300 nanoampers.

p "Ao simplificar nosso design, tornando-o mais robusto e integrando as contribuições de muitos mais nanofios, aumentamos com sucesso a produção de nosso nanogerador o suficiente para acionar dispositivos como monitores comerciais de cristal líquido, diodos emissores de luz e diodos laser, "disse Wang, professor da Regents na School of Materials Science and Engineering da Georgia Tech. "Se pudermos manter essa taxa de melhoria, chegaremos a algumas aplicações verdadeiras em dispositivos de saúde, eletrônicos pessoais, ou monitoramento ambiental. "

p Melhorias recentes nos nanogeradores, incluindo uma técnica de fabricação mais simples, foram relatados online na semana passada no jornal Nano Letras . Artigos anteriores na mesma revista e na Nature Communications relataram outros avanços para o trabalho, que tem sido apoiado pela Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa (DARPA), o Departamento de Energia dos EUA, a Força Aérea dos EUA, e a National Science Foundation.

p "Estamos interessados ​​em dispositivos muito pequenos que podem ser usados ​​em aplicações como cuidados de saúde, monitoramento ambiental e eletrônicos pessoais, "disse Wang." Como alimentar esses dispositivos é uma questão crítica. "

p Os primeiros nanogeradores de óxido de zinco usavam conjuntos de nanofios cultivados em um substrato rígido e cobertos com um eletrodo de metal. Versões posteriores incorporaram ambas as extremidades dos nanofios em polímero e produziram energia por flexão simples. Independentemente da configuração, os dispositivos exigiam um crescimento cuidadoso das matrizes de nanofios e uma montagem meticulosa.

p No último artigo, Wang e os membros de seu grupo Youfan Hu, Yan Zhang, Chen Xu, Guang Zhu e Zetang Li relataram técnicas de fabricação muito mais simples. Primeiro, eles desenvolveram matrizes de um novo tipo de nanofio de formato cônico. Esses fios foram cortados de seu substrato de crescimento e colocados em uma solução de álcool.

p A solução contendo os nanofios foi então pingada em um eletrodo de metal fino e uma folha de filme de polímero flexível. Depois que o álcool secou, outra camada foi criada. Múltiplas camadas de nanofio / polímero foram construídas em uma espécie de composto, usando um processo que Wang acredita que poderia ser ampliado para a produção industrial.

p Quando flexionado, esses sanduíches de nanofios - que têm cerca de dois centímetros por 1,5 centímetros - geraram energia suficiente para acionar um display comercial emprestado de uma calculadora de bolso.

p Wang diz que os nanogeradores estão agora perto de produzir corrente suficiente para um sistema autoalimentado que pode monitorar o ambiente em busca de um gás tóxico, por exemplo, em seguida, transmita um aviso. O sistema incluiria capacitores capazes de armazenar as pequenas cargas até que houvesse energia suficiente para enviar uma rajada de dados.

p Embora até a saída do nanogerador atual permaneça abaixo do nível necessário para dispositivos como iPods ou marcapassos cardíacos, Wang acredita que esses níveis serão alcançados dentro de três a cinco anos. O nanogerador atual, ele observa, é quase 100 vezes mais poderoso do que o que seu grupo havia desenvolvido há apenas um ano.

p Escrevendo em um artigo separado publicado em outubro na revista Nature Communications, membros do grupo Sheng Xu, Benjamin J. Hansen e Wang relataram uma nova técnica para a fabricação de nanofios piezoelétricos de titanato de zirconato de chumbo - também conhecido como PZT. O material já é utilizado industrialmente, mas é difícil de crescer porque requer temperaturas de 650 graus Celsius.

p No papel, A equipe de Wang relatou o primeiro crescimento químico epitaxial de matrizes de nanofios de cristal único alinhadas verticalmente de PZT em uma variedade de substratos condutores e não condutores. Eles usaram um processo conhecido como decomposição hidrotérmica, que ocorreu a apenas 230 graus Celsius.

p Com um circuito retificador para converter corrente alternada em corrente contínua, os pesquisadores usaram os nanogeradores PZT para alimentar um diodo laser comercial, demonstrando um sistema de materiais alternativos para a família de nanogeradores de Wang. "Isso nos permite a flexibilidade de escolher o melhor material e processo para a necessidade dada, embora o desempenho do PZT não seja tão bom quanto o do óxido de zinco para geração de energia, " ele explicou.

p E em outro artigo publicado em Nano Letras , Wang e os membros do grupo Guang Zhu, Rusen Yang e Sihong Wang relataram mais um avanço, aumentando a produção de nanogeradores. A abordagem deles, chamada de "impressão de varredura escalável, "inclui um processo de duas etapas de (1) transferência de nanofios de óxido de zinco alinhados verticalmente para um substrato receptor de polímero para formar matrizes horizontais e (2) aplicação de eletrodos de tira paralelos para conectar todos os nanofios.

p Usando uma única camada desta estrutura, os pesquisadores produziram uma tensão de circuito aberto de 2,03 volts e uma densidade de potência de saída de pico de aproximadamente 11 miliwatts por centímetro cúbico.

p "Desde quando começamos em 2005 até hoje, melhoramos drasticamente a produção de nossos nanogeradores, "Wang observou." Estamos dentro do alcance do que é necessário. Se pudermos conduzir esses pequenos componentes, Acredito que seremos capazes de alimentar pequenos sistemas em um futuro próximo. Nos próximos cinco anos, Espero ver esta mudança em aplicação. "