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  • Investigación y Ciencia
  • Agosto 2017Nº 491
Panorama

Nanotecnología

Nanogeneradores

Nuevas técnicas de diseño y fabricación prometen hacer realidad la posibilidad de absorber la energía mecánica del entorno para alimentar todo tipo de nanodispositivos.

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La piezoelectricidad es el fenómeno responsable de producir una chispa cuando accionamos el pulsador de un mechero. En su interior, un material cristalino, como el cuarzo, genera un campo eléctrico cuando una deformación mecánica produce una asimetría en la distribución de cargas. Este efecto, conocido desde la Grecia clásica, encuentra hoy múltiples aplicaciones: desde el cristal resonador de nuestro nuevo ordenador hasta el micrófono de los teléfonos móviles. En general, los materiales piezoeléctricos permiten convertir deformaciones mecánicas en tensiones eléctricas; es decir, energía mecánica en electricidad.
 
Era de esperar que algún día ese concepto se usara también para generar energía eléctrica útil. A fin de cuentas, cuando hablamos de un «generador», en realidad nos estamos refiriendo a un conversor que transforma energía de cualquier tipo (química, solar, mecánica...) en energía eléctrica. Si nos centramos en fuentes de energía que pasan desapercibidas y que normalmente desperdiciamos en forma de vibraciones o movimientos cotidianos, estaremos hablando de recolección de energía ambiental (energy harvesting).
 
Esta posibilidad ha sido objeto de intenso estudio en los últimos años. Especialmente interesantes resultan las aplicaciones orientadas hacia la autoalimentación de los pequeños sensores inalámbricos que permitirían hacer realidad la futura «Internet de las cosas», en la que millones de sensores y dispositivos inteligentes a nuestro alrededor se comunicarán entre sí. Hoy por hoy, estos aparatos electrónicos suelen funcionar con baterías o pilas; sin embargo, si su número aumenta de manera exponencial, el reemplazo o recarga de dichas baterías se tornará inviable.
 
Una alternativa muy atractiva —y mucho más sostenible— consistiría en alimentar tales dispositivos a partir de la energía mecánica que de otro modo se disiparía al entorno. A tal fin se están explorando sistemas nano- y microelectromecánicos que permiten integrar en un mismo microchip el dispositivo electrónico y un pequeño generador. Una serie de avances logrados a lo largo de los últimos años auguran la posibilidad de integrar estas técnicas en nuestra vida cotidiana mediante todo tipo de aplicaciones, desde ropa inteligente hasta prometedores usos en biomedicina.

 

El reto de la fabricación

Algunos de los materiales piezoeléctricos más comunes son el cuarzo, el nitruro de aluminio (AlN), el titanato circonato de plomo (más conocido como PZT) o el óxido de zinc (ZnO). En la última década, el ZnO ha ganado una gran popularidad debido fundamentalmente a dos razones: la variedad de nanoestructuras que pueden crearse con él, y la combinación de sus propiedades como material semiconductor, fotónico y piezoeléctrico.

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