La recolección de energía se vuelve orgánica, y se hace más flexible

Los nanogeneradores capaces de convertir la energía mecánica en electricidad están normalmente hechos de óxidos metálicos y perovskitas basadas en plomo. Pero estos materiales inorgánicos no son biocompatibles, así que está en marcha una carrera para crear materiales piezoeléctricos naturales biocompatibles para la recolección de energía, la detección electrónica y la estimulación de nervios y músculos.

Unos investigadores del University College de Dublín y de la Universidad de Texas en Dallas decidieron explorar los nanotubos basados en péptidos, porque serían una opción atractiva para su uso en dispositivos electrónicos y para aplicaciones de recolección de energía.

En la revista Journal of Applied Physics, el grupo ha informado de que utiliza una combinación de exposición a los rayos ultravioleta y al ozono para generar una diferencia de humectabilidad y un campo aplicado para crear una polarización alineada horizontalmente de los nanotubos en sustratos flexibles con electrodos entrelazados.

"Las propiedades piezoeléctricas de los materiales basados en péptidos los hacen particularmente atractivos para la recolección de energía, porque al presionarlos o doblarlos se genera una carga eléctrica", dijo Sawsan Almohammed, autor principal e investigador postdoctoral del University College Dublin. "También hay una mayor demanda de materiales orgánicos para sustituir a los inorgánicos, que tienden a ser tóxicos y difíciles de fabricar".

"Los materiales a base de péptidos son orgánicos, fáciles de fabricar y tienen una fuerte estabilidad química y física", dijo.

En el método del grupo, la alineación física de los nanotubos se logra mediante el diseño de una diferencia de humectabilidad en la superficie de un sustrato flexible. Esto crea una fuerza química que empuja la solución peptídica de nanotubos desde la región hidrofóbica, que repele el agua, con un alto ángulo de contacto respecto a la región hidrofílica, que atrae el agua, con un ángulo de contacto bajo.

(Foto: Sawsan Almohammed)

Los investigadores no solo mejoraron la alineación de los tubos, que es esencial para las aplicaciones de recolección de energía, sino que también mejoraron la conductividad de los tubos haciendo estructuras compuestas con óxido de grafeno.

"Es bien sabido que cuando dos materiales con diferentes funciones de trabajo entran en contacto entre sí, una carga eléctrica fluye de una función de trabajo baja a una alta", dijo Almohammed. "La principal novedad de nuestro trabajo es que el control de la alineación horizontal de los nanotubos por el campo eléctrico y el autoensamblaje asistido por la humedad mejoró tanto la salida de corriente como la de voltaje, y se logró una mayor mejora al incorporar el óxido de grafeno".

El trabajo del grupo permitirá el uso de materiales orgánicos, especialmente los basados en péptidos, más ampliamente dentro de los dispositivos electrónicos, sensores y aplicaciones de recolección de energía, porque dos limitaciones clave de los nanotubos peptídicos - la alineación y la conductividad - han sido mejoradas.

"También estamos explorando cómo los procesos de transferencia de carga de las aplicaciones de flexión y de campo eléctrico pueden mejorar la detección de moléculas basada en la espectroscopia Raman", dijo Almohammed. "Esperamos que estos dos esfuerzos puedan combinarse para crear un biosensor auto-energizado con una amplia gama de aplicaciones, incluyendo el monitoreo biológico y ambiental, imágenes de alto contraste y diodos emisores de luz de alta eficiencia". (Fuente: NCYT Amazings)