De duw naar laag vermogen, energiebesparende apparaten is een richting die de elektronica-industrie altijd heeft gevolgd. De overstap naar energiezuinige LED-verlichting is een goed voorbeeld van deze trend. Een andere mogelijkheid is de ontwikkeling van energiewinning, zelfvoorzienende apparaten. Het idee hier is om materialen te gebruiken die piëzo-elektrische en tribo-elektrische effecten vertonen om mechanische energie om te zetten in elektrische energie. Piëzo-elektrische materialen genereren een elektrische lading wanneer ze mechanisch worden belast, terwijl het tribo-elektrisch effect de opbouw van ladingen op twee ongelijke materialen is nadat ze met elkaar in contact zijn gekomen.

Piëzo-elektrische nanogeneratoren (PENG), tribo-elektrische nanogeneratoren (TENG), en zelfs hybride piëzo-tribo-elektrische energieoogsters (HNG) met verbeterde mogelijkheden voor het oogsten van energie zijn ontwikkeld met het doel om elektronica met een laag vermogen aan te drijven door eenvoudige beweging. Deze apparaten vereisen over het algemeen diëlektrische materialen die hun polarisatie behouden, en multiferroïsche materialen die ferromagnetische en ferromagnetische eigenschappen vertonen, zijn geschikt voor deze taak.

Nu in een recente studie gepubliceerd in Nano-energie, onderzoekers van het Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology (DGIST), Korea en het Indiase Instituut voor Technologie, Guwahati, Indië, een composietfilm ontwikkelen die in combinatie met andere materialen kan worden gebruikt om generatoren voor het oogsten van energie te produceren. De composietfilm is ontwikkeld met behulp van een kosteneffectieve techniek waarbij een multiferroïsch materiaal, bismut titanaat Bi ₄ Ti ₃ O ₁₂ (of BiTO), werd toegevoegd aan een flexibel tribo-elektrisch polymeer (PDMS).

"Onze belangrijkste motivatie achter dit werk was om een ​​multiferroïsch materiaal bij kamertemperatuur te ontwikkelen met een hoge kolossale permittiviteit voor hybride piëzo-tribo-elektrische energieoogstmachines, " legt prof. Hoe Joon Kim van DGIST uit, die de studie leidde. Door de BiTO-PDMS-film tussen aluminiumlagen te sandwichen, de onderzoekers fabriceerden een HNG die een elektrische lading genereert wanneer erop gedrukt en losgelaten.

Maar hoe wekken deze meerdere lagen een stroom op? Het antwoord ligt in de eigenschappen van de film en zijn reactie op mechanische actie. De lagen functioneren als elektroden en terwijl het apparaat wordt ingedrukt en losgelaten, de piëzo-elektrische en tribo-elektrische aard van de film synergiseren met elkaar om ladingen op de elektroden te genereren, het creëren van een spanning. Dit synergetische effect bleek de energieoogstprestaties te verbeteren. Door meerdere van deze HNG's te gebruiken, de onderzoekers construeerden een HNG met meerdere eenheden die een polshorloge en een rekenmachine van stroom kon voorzien.

Enthousiast over het belang van het onderzoek, Prof. Kim stelt:"Voor de eerste keer, het eenfasige multiferroïsche materiaal bij kamertemperatuur met een kolossale diëlektrische constante is bereikt. De interne polarisatieversterking van het polymeer was verbeterd, het verbeteren van de energieoogstprestaties van de hybride energieoogstmachine."

Naarmate er vooruitgang wordt geboekt om de prestaties van nanogeneratoren op het gebied van energieopwekking te verbeteren, deze kleine apparaten kunnen op een dag batterijen in veel gevallen ongeldig maken, elektronica duurzamer en zelfvoorzienend maken.