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Desarrollan nanogeneradores que obtienen energía mediante efectos piezoeléctricos

Son capaces de alimentar una pequeña pantalla LCD y otros dispositivos electrónicos


Una investigación desarrollada en Georgia Institute of Technology e iniciada en 2005 ha logrado crear nanogeneradores capaces de alimentar una pequeña pantalla LCD y otros dispositivos electrónicos, mediante efectos piezoeléctricos que requieren de la presión y el movimiento. Estos se obtienen, por ejemplo, al frotar un nanogenerador entre los dedos. Por Pablo Javier Piacente.




El profesor Zhong Lin Wang muestra una versión anterior de la nanogeneradores desarrollados utilizando nanocables de óxido de zinc. Imagen: Gary Meek / Georgia Tech.
El profesor Zhong Lin Wang muestra una versión anterior de la nanogeneradores desarrollados utilizando nanocables de óxido de zinc. Imagen: Gary Meek / Georgia Tech.
Los nanogeneradores desarrollados en el marco de una investigación del Georgia Institute of Technology pueden alimentar pequeños dispositivos electrónicos a través de la presión y el movimiento, mediante los denominados efectos piezoeléctricos. De esta manera, frotando un nanogenerador entre los dedos es posible obtener una dosis de energía, que se va incrementando a la par de la optimización de los dispositivos.

El trabajo fue iniciado en 2005, y desde esa fecha hasta hoy se ha mejorado ostensiblemente la producción energética de los nanogeneradores. Asimismo, se prevé que de aquí a cinco años la energía producida a través de este método se incremente hasta poder hacer funcionar mecanismos de baja potencia.

En un anterior artículo de Tendencias 21 se había reseñado el inicio de esta investigación, conducida por Zhong Lin Wang en el Georgia Institute of Technology. Los avances logrados recientemente se han difundido a través de una nota de prensa de Georgia Tech, y también han merecido un artículo en la revista especializada Nature Communications.

Los nanogeneradores crean actualmente la suficiente cantidad de energía para alimentar pequeños dispositivos electrónicos convencionales. Sin embargo, la energía mecánica producida a través del movimiento de los dedos, del latido del corazón, de la vibración de una máquina o al caminar podría utilizarse para alimentar dispositivos a nanoescala o microescala, como por ejemplo marcapasos o reproductores iPods.

Optimización de los nanogeneradores

El grupo de ingenieros e investigadores conducido por Wang trabaja mediante el efecto piezoeléctrico, que se observa en los materiales cristalinos como el óxido de zinc, creando un potencial de carga eléctrica cuando las estructuras realizadas con estos materiales se flexionan o se comprimen.

Actualmente, Wang y su equipo de investigación pueden producir hasta tres voltios con sus nanogeneradores, suficientes para alimentar pantallas de cristal líquido, diodos emisores de luz y diodos láser. Las recientes mejoras en los nanogeneradores, incluyendo una técnica de fabricación más simple, han permitido incrementar la producción energética de estos dispositivos.

Existe un gran interés en desarrollar dispositivos muy pequeños que se puedan utilizar en aplicaciones relacionadas con la salud, el monitoreo del medio ambiente y la electrónica, alimentados a través de una fuente energética autosuficiente, renovable y económica. Para ello se requiere aumentar la producción de los nanogeneradores.

Wang y su equipo de ingenieros están cerca de lograr que los nanogeneradores produzcan la cantidad de energía necesaria para alimentar un sistema de monitoreo ambiental destinado a la detección de gases tóxicos, por ejemplo. De mantener este ritmo de mejora, los nanogeneradores podrían llegar en un corto tiempo a producir la suficiente energía para alimentar otro tipo de dispositivos.

La presión entre dos dedos de un nanogenerador produce la suficiente energía para alimentar una pantalla de cristal líquido. Imagen: Zhong Lin Wang / Georgia Tech.
La presión entre dos dedos de un nanogenerador produce la suficiente energía para alimentar una pantalla de cristal líquido. Imagen: Zhong Lin Wang / Georgia Tech.
Hacia el futuro

Desde el inicio de la investigación en 2005 hasta hoy se ha mejorado en gran medida la producción energética de los nanogeneradores. Según Wang, “se está ingresando en el rango necesario para pasar a una nueva etapa de la investigación. De poder desarrollar algunos pequeños componentes, en un futuro próximo los nanogeneradores serán capaces de alimentar sistemas de pequeña potencia”.

Mientras la producción actual de los nanogeneradores se mantiene por debajo del nivel requerido para dispositivos tales como reproductores iPods o marcapasos, Wang cree que estos niveles se alcanzarán dentro de tres a cinco años. El nanogenerador actual, sin embargo, es ya casi 100 veces más potente que una versión desarrollada en 2009.

Los cambios requeridos se podrán concretar empleando una nueva técnica para fabricar nanocables piezoeléctricos de titanato-circonato de plomo (PZT), un material piezoeléctrico que ya se utiliza industrialmente pero que es difícil de producir porque requiere temperaturas de 650 grados centígrados.

Quizás el principal adelanto de esta investigación iniciada en 2005 es la posibilidad de extraer energía de baja frecuencia a partir de movimientos irregulares, un campo de investigación que abre nuevas alternativas para generar fuentes energéticas eficientes y sin impacto ambiental negativo.

La investigación encarada en la School of Materials Science and Engineering de Georgia Tech fue financiada por la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), el Departamento de Energía y la Fuerza Aérea de los Estados Unidos y la National Science Foundation.


Lunes, 15 de Noviembre 2010
Pablo Javier Piacente
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