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Un nuevo nanogenerador
Los biosensores inalámbricos que monitorean los patógenos en el agua y miden la presión arterial o los biomarcadores del cáncer en el cuerpo se están reduciendo a dimensiones nanométricas. Para operarlos, los investigadores buscan fuentes de energía igualmente pequeñas. Los nanocables que convierten la energía mecánica en electricidad son una tecnología prometedora.
Línea eléctrica: Usando una configuración de laboratorio simple, los investigadores han demostrado que los nanocables de titanato de bario pueden convertir la energía mecánica en electricidad. El avance podría conducir a nanogeneradores que alimentan diminutos sensores biológicos, nanodispositivos y dispositivos electrónicos portátiles.
Ahora, los investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign (UIUC) han dado el primer paso hacia la construcción de un nanogenerador a partir de titanato de bario. Hasta ahora, los esfuerzos para fabricar nanogeneradores se han centrado en nanocables de óxido de zinc. Pero el titanato de bario podría conducir a mejores generadores porque muestra un efecto piezoeléctrico más fuerte, dice el profesor de ingeniería y ciencia mecánica. Min-Feng Yu , quien dirige la investigación en UIUC. Los experimentos de laboratorio muestran que un nanoalambre de titanato de bario puede generar 16 veces más electricidad que un nanoalambre de óxido de zinc a partir de la misma cantidad de vibraciones mecánicas, dice.
Los nanogeneradores podrían conducir a muchos avances: sensores biomédicos alimentados por flujo sanguíneo o contracciones musculares, diminutos sensores de gas que funcionan con viento u ondas acústicas, monitores de patógenos alimentados por flujo de agua y dispositivos electrónicos portátiles conectados a nanocables en los zapatos. La idea del nanogenerador se ha vuelto cada vez más convincente, dice Yi Cui , profesor de ingeniería y ciencia de los materiales en la Universidad de Stanford. Es una idea que podría funcionar.
En 2006, un equipo de investigadores dirigido por Zhong Lin Wang del Instituto de Tecnología de Georgia demostró por primera vez que los nanocables de óxido de zinc podían recolectar energía mecánica para generar electricidad. Desde entonces, el grupo de Wang ha progresado mucho, y más recientemente demostró una matriz de nanocables de óxido de zinc que emite corriente continua en respuesta a vibraciones ultrasónicas. (Consulte Nanogenerador alimentado por vibraciones).
El equipo de UIUC es el primero en utilizar titanato de bario. En una línea Nano letras papel , Yu y sus colegas muestran que la aplicación de vibraciones a un solo nanocable de titanato de bario conduce a una pequeña salida de energía. En su experimento, los investigadores conectan un nanocable a través de un espacio en un sustrato, manteniendo un extremo estacionario y moviendo el otro extremo. La energía de salida es extremadamente pequeña, alrededor de 0,3 attojulios, pero para la misma configuración, un nanoalambre de óxido de zinc produce una producción de energía 16 veces menor, dice Yu.
Xudong Wang , investigador del grupo (sin relación) de Zhong Lin Wang y ganador del TR35 en 2007, está feliz de ver avances en el uso de materiales distintos al óxido de zinc para fabricar nanogeneradores. Dice que los resultados parecen prometedores. Considera que la mayor ventaja de usar titanato de bario es que es posible generar voltajes más altos que el óxido de zinc. Esto es muy importante para una fuente de energía.
Pero el óxido de zinc tiene sus propias ventajas. No es tóxico para los sistemas biológicos, por lo que podría ser más adecuado que el titanato de bario para dispositivos implantables. Además, es más fácil controlar el crecimiento de óxido de zinc para fabricar matrices de nanocables. Para hacer un dispositivo aplicable, es necesario tener muchos nanocables con la misma orientación en la misma ubicación, dice Xudong Wang. Eso podría ser difícil de lograr con titanato de bario.
Yu reconoce las dificultades con el cultivo de nanocables de titanato de bario. Su trabajo y el de sus colegas es preliminar en este punto, dice, pero ya muestra el potencial para hacer nanogeneradores más eficientes y de mayor rendimiento. En cuanto a Cui, dice que los nanogeneradores de titanato de bario podrían ser factibles, pero advierte que en términos de hacer un dispositivo que funcione, ciertamente todavía hay un camino por recorrer.