Trycket mot låg effekt, energibesparande enheter har varit en riktning som elektronikindustrin alltid har strävat efter. Bytet till lågeffekts LED-belysning är ett bra exempel på denna trend. En annan väg är utvecklingen av energiskörd, självförsörjande enheter. Tanken här är att använda material som visar piezoelektriska och triboelektriska effekter för att omvandla mekanisk energi till elektrisk energi. Piezoelektriska material genererar en elektrisk laddning när de belastas mekaniskt, medan den triboelektriska effekten är uppbyggnaden av laddningar på två olika material efter att de har kommit i kontakt med varandra.

Piezoelektriska nanogeneratorer (PENG), triboelektriska nanogeneratorer (TENG), och till och med hybrid piezo-triboelektriska energiskördare (HNG) som har förbättrad energiskördskapacitet har utvecklats med syftet att driva lågeffektelektronik genom enkel rörelse. Dessa enheter kräver i allmänhet dielektriska material som behåller sin polarisation, och multiferroiska material som uppvisar ferromagnetiska och ferromagnetiska egenskaper är lämpliga för denna uppgift.

Nu i en ny studie publicerad i Nanoenergi, forskare från Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology (DGIST), Korea och Indian Institute of Technology, Guwahati, Indien, utveckla en kompositfilm som kan användas i kombination med andra material för att producera energiskördande generatorer. Kompositfilmen utvecklades med en kostnadseffektiv teknik där ett multiferroiskt material, vismuttitanat Bi ₄ Ti ₃ O ₁₂ (eller BiTO), sattes till en flexibel triboelektrisk polymer (PDMS).

"Vår huvudsakliga motivation bakom detta arbete var att utveckla ett rumstemperatur multiferroiskt material med hög kolossal permittivitet för hybrid piezo-triboelektrisk energiskördare, " förklarar prof. Hoe Joon Kim från DGIST, som ledde studien. Genom att lägga BiTO-PDMS-filmen mellan aluminiumskikt, forskarna tillverkade en HNG som genererar en elektrisk laddning när den trycks och släpps.

Men hur genererar dessa flera lager en ström? Svaret ligger i filmens egenskaper och dess reaktion på mekanisk verkan. Skikten fungerar som elektroder och när enheten trycks ned och släpps, filmens piezoelektriska och triboelektriska karaktär samverkar med varandra för att generera laddningar på elektroderna, skapa en spänning. Denna synergistiska effekt visade sig förbättra prestanda för energiskörd. Genom att använda flera av dessa HNG, forskarna konstruerade en multiunit HNG som kunde driva ett armbandsur och en miniräknare.

Upprymd över studiens betydelse, Prof. Kim säger:"För första gången, det enfasiga rumstemperatur-multiferroiska materialet med kolossal dielektricitetskonstant har uppnåtts. Den interna polarisationsförstärkningen av polymeren förbättrades, öka energiskördens prestanda hos hybridenergiskördaren."

Eftersom framsteg fortsätter att göras för att förbättra nanogeneratorernas energiskörd, dessa små enheter kan en dag göra batterier ogiltig i många fall, göra elektroniken mer hållbar och självförsörjande.