Nanogeneratoren zijn innovatieve, zelfaangedreven energie-oogstmachines die kinetische energie die wordt gecreëerd uit trillings- en mechanische bronnen, omzetten in elektrisch vermogen, het wegnemen van de noodzaak van externe circuits of batterijen voor elektronische apparaten. Deze innovatie is essentieel voor het realiseren van duurzame energieopwekking in geïsoleerde, ontoegankelijk, of binnenomgevingen en zelfs in het menselijk lichaam.

Nanogeneratoren, een flexibele en lichtgewicht energierooier op een kunststof ondergrond, kan energie halen uit de uiterst kleine bewegingen van natuurlijke hulpbronnen en het menselijk lichaam zoals wind, waterstroom, hartslagen, en diafragma- en ademhalingsactiviteiten om elektrische signalen te genereren. De generatoren zijn niet alleen zelfvoorzienend, flexibele apparaten, maar kunnen ook permanente stroombronnen leveren aan implanteerbare biomedische apparaten, waaronder pacemakers en diepe hersenstimulatoren.

Echter, slechte energie-efficiëntie en een complex fabricageproces hebben de commercialisering van nanogeneratoren voor uitdagingen gesteld. Keon Jae Lee, Universitair hoofddocent Materials Science and Engineering bij KAIST, en zijn collega's hebben onlangs een oplossing voorgesteld door een robuuste techniek te ontwikkelen om een ​​hoogwaardige piëzo-elektrische dunne film van bulksaffiersubstraten naar plastic substraten over te brengen met behulp van laserlift-off (LLO).

Toepassing van het op anorganische gebaseerde laser-lift-off (LLO) proces, het onderzoeksteam produceerde een PZT dunne-film nanogeneratoren met een groot oppervlak op flexibele substraten (2 cm x 2 cm).

"We waren in staat om een ​​hoge output van ~ 250 V te converteren van de lichte mechanische vervorming van een enkel dun plastic substraat. Een dergelijk uitgangsvermogen is net genoeg om 100 LED-lampen in te schakelen, " legde Keon Jae Lee uit.

De zelfaangedreven nanogeneratoren kunnen ook werken met vinger- en voetbewegingen. Bijvoorbeeld, onder de onregelmatige en lichte buigbewegingen van een menselijke vinger, de gemeten stroomsignalen hadden een hoog elektrisch vermogen van ~ 8,7 A. In aanvulling, de piëzo-elektrische nanogenerator heeft een wereldrecord stroomconversie-efficiëntie, bijna 40 keer hoger dan eerder gerapporteerde vergelijkbare onderzoeksresultaten, het oplossen van de nadelen met betrekking tot de fabricagecomplexiteit en lage energie-efficiëntie.

Lee merkte verder op, "Voortbouwend op dit concept, het is zeer te verwachten dat kleine mechanische bewegingen, inclusief menselijke lichaamsbewegingen van spiercontractie en ontspanning, gemakkelijk kan worden omgezet in elektrische energie en verder, fungeerde als eeuwige krachtbronnen."

Het onderzoeksteam bestudeert momenteel een methode om driedimensionale stapeling van flexibele piëzo-elektrische dunne films te bouwen om het uitgangsvermogen te verbeteren, evenals het uitvoeren van een klinisch experiment met een flexibele nanogenerator.