Aktualności

Jin Kon Kim i jego zespół wraz z prof. Bhanu Bhusan Khatua z Indyjskiego Instytutu Technologii w Kharagpur, opublikował pracę o nowym nanogeneratorze bio-piezoelektrycznym (BPNG) zasilanym włóknistą, celulozową skórką cebuli (łac. Allium cepa). Okazała się ona wydajnym materiałem piezoelektrycznym. Praca została opublikowana w czasopiśmie Nano Energy.

Nanogeneratory to nowoczesne urządzenia do poboru energii, posiadające własne zasilanie. Przetwarzają one energię kinetyczną, wytwarzaną przez drgania i pochodzącą ze źródeł mechanicznych. Nie występuje tu potrzeba stosowania obiegu zewnętrznego lub baterii w urządzeniach elektronicznych. Nanotechnologia z własnym źródłem zasilania oparta jest na jednym z typów nanogeneratorów – piezoelektrycznych (PNGs). Ma ona na celu zasilanie nanourządzeń i nanosystemów dzięki energii uzyskanej ze środowiska, w którym te systemy pracują.

„Prace nad nietoksycznymi, ultraczułymi i łatwymi w konfiguracji nanogeneratorami piezoelektrycznymi zakładają dostosowanie ich do zastosowania biomedycznego. Użycie wielu materiałów organicznych i nieorganicznych o wysokiej wydajności w nanogeneratorach piezoelektrycznych jest ograniczone, ze względu na ich toksyczność, nieuleganie biodegradacji, małą biozgodność, kruchość, a także złożony proces syntezy i produkcji. W biomedycznych systemach monitorowania zdrowia, urządzenia zasilane nanogeneratorami PNG, które są wszczepiane lub przystosowane do noszenia przez pacjenta, powinny być nietoksyczne i biozgodne” – twierdzi Jin Kon Kim, profesor Wydziału Inżynierii Chemicznej z Pohang University of Science and Technology w Korei Południowej i kierownik programu National Creativity Research Initiative Program for Smart Block Copolymers.

Nanogenerator bio-piezoelektryczny zasilany skórką cebuli (OSBPNG) może pobierać różne rodzaje energii mechanicznej. Może ona pochodzić na przykład z ruchu ciała, przepływu powietrza, a nawet wibracji. Nanogenerator bio-piezoelektryczny umożliwił jednoczesne włączenie 30 zielonych żarówek LED. Dodatkowo, zespołowi udało się osiągnąć maksymalne napięcie wyjściowe (∼106 V) dzięki połączeniu 6 jednostek w szereg. Umożliwiło to jednoczesne włączenie 73 żarówek LED (30 zielonych, 25 niebieskich i 18 czerwonych).

Aby ustalić potencjalne zastosowanie nanogeneratora OSBPNG w pozyskiwaniu energii z ruchów ludzkiego ciała, pozostającego w spoczynku, naukowcy przeprowadzili szereg eksperymentów. W jednym z nich nanogeneratory SBPNG zostały umieszczone na klatce piersiowej ochotników. Generatory te są wysoce skuteczne podczas ruchu gardła, na przykład w czasie kaszlu, picia i połykania. Z powodu działania przy bardzo niskim ciśnieniu krwi, można je stosować w rozrusznikach serca. OSBPNG potrafi rozróżniać sygnały mowy, co daje potencjał jego wykorzystania w systemach rozpoznawania mowy.

Użycie wielu materiałów piezoelektrycznych jest ograniczone ze względu na ich toksyczność, nieuleganie biodegradacji, małą biozgodność, kruchość, a także złożony proces syntezy i produkcji. Dodatkowo, znane nam biozgodne materiały piezoelektryczne wykazują niską gęstość mocy i niską sprawność.

Z dotychczasowych badań wiadomo, że czyste włókna celulozy wykazują piezoelektryczność, z uwagi na jednokierunkowo zorientowany układ kryształów. Celuloza wykazuje też czułość piezoelektryczną pod wpływem pionowej siły ściskającej. Dzięki temu, że ulega skórka cebuli ulega biodegradacji, materiał ten może okazać się o wiele bardziej przydatny  w urządzeniach diagnostyki biomedycznej in vivo, niż inne materiały piezoelektryczne.

Dzięki temu, że cebula jest dostępna w dużych ilościach na całym świecie, może zostać wykorzystana do produkcji elektryczności, w szczególności na terenach wiejskich oraz w miejscach, w których wciąż nie ma dostępu do elektryczności. To proste i tanie rozwiązanie. Nanogenerator bio-piezoelektryczny OSBPNG zawierające skórkę cebuli, lepiej niż inne materiały bio-piezoelektryczn, wpływają na wytwarzanie wysokiej gęstości mocy oraz wysokiej sprawności.

Źródło: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=48645.php

Redaktor: Michałowska Emilia