Nanogeneratorer är innovativa självdrivna energiskördare som omvandlar kinetisk energi skapad från vibrations- och mekaniska källor till elektrisk kraft, ta bort behovet av externa kretsar eller batterier för elektroniska enheter. Denna innovation är avgörande för att förverkliga hållbar energigenerering i isolerade, otillgänglig, eller inomhusmiljöer och även i människokroppen.

Nanogeneratorer, en flexibel och lätt energiskördare på ett plastsubstrat, kan rensa energi från de extremt små rörelserna av naturresurser och människokroppen som vind, vattenflöde, hjärtslag, och diafragma och andningsaktiviteter för att generera elektriska signaler. Generatorerna är inte bara självdrivna, flexibla enheter men kan också tillhandahålla permanenta strömkällor till implanterbara biomedicinska enheter, inklusive pacemakers och djupa hjärnstimulatorer.

Dock, dålig energieffektivitet och en komplex tillverkningsprocess har ställt till utmaningar för kommersialiseringen av nanogeneratorer. Keon Jae Lee, Docent i materialvetenskap och teknik vid KAIST, och hans kollegor har nyligen föreslagit en lösning genom att utveckla en robust teknik för att överföra en högkvalitativ piezoelektrisk tunn film från bulk safirsubstrat till plastsubstrat med hjälp av laserlift (LLO).

Att tillämpa den oorganiska baserade laserliftningsprocessen (LLO), forskargruppen producerade en PZT-tunnfilms-nanogenerator med stor yta på flexibla substrat (2 cm x 2 cm).

"Vi kunde omvandla en högeffektprestanda på ~250 V från den lätta mekaniska deformationen av ett enda tunt plastsubstrat. Sådan uteffekt är precis tillräckligt för att tända 100 LED-lampor, " förklarade Keon Jae Lee.

De självdrivna nanogeneratorerna kan också arbeta med finger- och fotrörelser. Till exempel, under oregelbundna och lätta böjningsrörelser av ett mänskligt finger, de uppmätta strömsignalerna hade en hög elektrisk effekt på ~8,7 μA. Dessutom, den piezoelektriska nanogeneratorn har världsrekord effektkonverteringseffektivitet, nästan 40 gånger högre än tidigare rapporterade liknande forskningsresultat, lösa nackdelarna med tillverkningskomplexiteten och låg energieffektivitet.

Lee kommenterade vidare, "Att bygga på detta koncept, det förväntas starkt att små mekaniska rörelser, inklusive människokroppens rörelser av muskelsammandragning och avslappning, kan lätt omvandlas till elektrisk energi och, vidare, fungerade som eviga kraftkällor."

Forskargruppen studerar för närvarande en metod för att bygga tredimensionell stapling av flexibla piezoelektriska tunnfilmer för att förbättra uteffekten, samt att genomföra ett kliniskt experiment med en flexibel nanogenerator.