(Phys.org) — Een multi-universitair team van ingenieurs heeft een veelbelovende oplossing ontwikkeld voor het onderweg opladen van smartphonebatterijen, zonder dat er een elektrisch snoer nodig is.

Direct opgenomen in een behuizing van een mobiele telefoon, de nanogenerator van het team kan trillingsenergie van een oppervlak oogsten en omzetten, zoals de passagiersstoel van een rijdend voertuig, aan de macht voor de telefoon. "Wij geloven dat deze ontwikkeling een nieuwe oplossing kan zijn voor het maken van zelfopladende persoonlijke elektronica, " zegt Xudong Wang, een assistent-professor materiaalwetenschappen en techniek aan de Universiteit van Wisconsin-Madison.

Wang, zijn doctoraat student Yanchao Mao en medewerkers van de Sun Yat-sen University in China, en de Universiteit van Minnesota Duluth beschreef hun apparaat, een mesoporeuze piëzo-elektrische nanogenerator, op 27 januari 2014, uitgave van het tijdschrift Geavanceerde energiematerialen .

De nanogenerator maakt gebruik van een algemeen piëzo-elektrisch polymeermateriaal genaamd polyvinylideenfluoride, of PVDF. Piëzo-elektrische materialen kunnen elektriciteit opwekken uit een mechanische kracht; omgekeerd, ze kunnen ook een mechanische spanning genereren uit een aangelegd elektrisch veld.

In plaats van te vertrouwen op een spanning of een elektrisch veld, de onderzoekers hebben zinkoxide-nanodeeltjes in een dunne PVDF-film opgenomen om de vorming van de piëzo-elektrische fase op gang te brengen waardoor het trillingsenergie kan oogsten. Vervolgens, ze etsen de nanodeeltjes van de film; de resulterende onderling verbonden poriën - vanwege hun grootte "mesoporiën" genoemd - zorgen ervoor dat het anders stijve materiaal zich enigszins als een spons gedraagt.

Dat sponsachtige materiaal is de sleutel tot het oogsten van trillingsenergie. "Hoe zachter het materiaal, hoe gevoeliger het is voor kleine trillingen, " zegt Wang.

De nanogenerator zelf bevat dunne elektrodevellen aan de voor- en achterkant van de mesoporeuze polymeerfilm, en de onderzoekers kunnen deze zachte, flexibele folie naadloos tot vlak, ruwe of ronde oppervlakken, inclusief de menselijke huid. In het geval van een mobiele telefoon, het gebruikt het eigen gewicht van de telefoon om de verplaatsing te vergroten en de elektrische output te versterken.

De nanogenerator kan een geïntegreerd onderdeel worden van een elektronisch apparaat, bijvoorbeeld als het achterpaneel of de behuizing - en oogst automatisch energie uit omgevingstrillingen om het apparaat rechtstreeks van stroom te voorzien.

Wang zegt dat de eenvoud van het ontwerp- en fabricageproces van zijn team goed zou kunnen schalen naar grotere productieomgevingen. "We kunnen afstembare mechanische eigenschappen in de film creëren, "zegt hij. "En ook belangrijk is het ontwerp van het apparaat. Omdat we deze structuur kunnen realiseren, telefoon-aangedreven gevallen of zelfaangedreven sensorsystemen mogelijk worden."