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Las hojas flexibles capturan energía del movimiento
Investigadores de la Universidad de Princeton han creado un material flexible que recolecta cantidades récord de energía cuando está estresado. Los investigadores dicen que el material podría incorporarse en las suelas de los zapatos para alimentar dispositivos electrónicos portátiles, o incluso colocarse en los pulmones de un paciente cardíaco para recargar un marcapasos mientras respira.
Flexione su poder: Un investigador de Princeton sostiene un cuadrado de silicona incrustado con una cinta de un material cristalino que genera una corriente eléctrica cuando se flexiona.
Los sándwiches de goma que recolectan energía forman cintas de un material piezoeléctrico llamado PZT entre piezas de silicona. Cuando está sometido a tensión mecánica, un material piezoeléctrico genera un voltaje que puede usarse para producir corriente eléctrica; una corriente también se puede convertir de nuevo en movimiento mecánico.
El material de caucho puede aprovechar el 80 por ciento de la energía aplicada cuando se flexiona, cuatro veces más que los materiales piezoeléctricos flexibles existentes.
La flexibilidad podría resultar vital para que despegue la tecnología de recolección de energía. Por ejemplo, los militares probaron zapatos piezoeléctricos de suela rígida como fuente de energía, pero los soldados se quejaron de dolor en el pie. Y los recolectores de energía flexibles anteriores, basados en polímeros piezoeléctricos, nanocables u otros tipos de cristales, emitían poca corriente eléctrica.
El PZT es el material piezoeléctrico más eficiente conocido, pero su estructura cristalina significa que debe cultivarse a altas temperaturas, que normalmente funden un sustrato flexible. Los investigadores de Princeton, dirigidos por el profesor de ingeniería mecánica Michael McAlpine , solucionó esto haciendo PZT a altas temperaturas y luego transfiriendo finas cintas del material a la silicona.
Primero, los investigadores tratan el PZT con un baño de grabado químico que quita una fina cinta de la superficie del cristal. Luego usan un sello de polímero para recoger la cinta y colocarla sobre una película de silicona antes de cubrirla con una segunda pieza de silicona y sellarla. Todos los procesos que usamos para hacer cintas PZT flexibles son extremadamente simples y directos, dice McAlpine. Fundamentalmente, los investigadores encontraron que el proceso no compromete la eficiencia de conversión de energía de PZT.
Pruebas de prueba de concepto descritas esta semana en la revista Nano letras muestran que las cintas PZT recubiertas de caucho mantienen su alta eficiencia de conversión de energía. McAlpine dice que el proceso de impresión simple debería ampliarse fácilmente para hacer hojas más grandes; ha presentado una patente sobre el proceso.
McAlpine se centra particularmente en las aplicaciones biomédicas del material y dice que podría reducir la cantidad de cirugías a las que deben someterse los pacientes con implantes. Por ejemplo, los médicos podrían colocar una sábana generadora de energía contra los pulmones durante la cirugía inicial; el movimiento constante de los órganos podría ayudar a recargar una batería, dice McAlpine.
Jim Grotberg , profesor de cirugía e ingeniería biomédica en la Universidad de Michigan, dice que la monitorización inalámbrica y la administración de fármacos para pacientes con problemas médicos crónicos son otras aplicaciones potenciales. Si tiene un sensor que monitorea la frecuencia cardíaca, la actividad cerebral o la presión arterial, o un sistema de inyección de insulina implantable, necesita una batería, dice.
El PZT en sí no es biocompatible: la p proviene del símbolo químico del plomo, uno de sus componentes junto con el circonio y el titanio. Pero las cintas de cristal están completamente encapsuladas en silicona, un material aprobado por la Administración de Drogas y Alimentos de EE. UU. Para implantes médicos.
Incluso la experimentación con animales está todavía lejos. Pero los investigadores de Princeton ahora están haciendo prototipos de dispositivos a partir de las sábanas para probar cuánta electricidad pueden generar cuando se incorporan a los zapatos.