Συλλογή ενέργειας από το περιβάλλον για την αυτονόμηση ηλεκτρονικών διατάξεων

Τα τελευταία χρόνια υπάρχει έντονο ερευνητικό ενδιαφέρον για την ενεργειακή αυτόνομηση ηλεκτρονικών διαταξεων, είτε αυτές είναι φορητές διατάξεις, όπως κινητά τηλέφωνα, Personal Digital Assistants (PDA), i-Pad, κτλ, είτε πρόκειται για αισθήτηρες ή Aσύρματα Δίκτυα Aισθητήρων, που μας παρέχουν σημαντικές πληροφορίες, όπως η παρακολούθηση της θερμοκρασίας, της θέσης των ατόμων μέσα σε ένα εμπορικά κτίρια, η ανίχνευση βλαβερών χημικών στοιχείων σε περιοχές υψηλής κυκλοφορίας, ο έλεγχος επιταχύνσεως και πίεσης σε λάστιχα αυτοκινήτων κτλ. Αν και με την εξέλιξη της τεχνολογίας των ηλεκτρονικών κυκλωμάτων η κατανάλωση των ηλεκτρονικών διατάξεων έχει μειωθεί σημαντικά, η εξάρτηση από τις μπαταρίες παραμένει. Στην κατεύθυνση αυτή η συλλογή της ενέργειας από το περιβάλλον αποτελεί μία σημαντική πρόσκληση γιατί αποτελεί το μόνο δρόμο για την πραγματική αυτονόμηση των ηλεκτρονικών διατάξεων.

Η συλλογή της ενέργειας του περιβάλλοντος δεν είναι κάποια νέα ιδέα. Από το ανεμόμυλο μέχρι τα σύγχρονα φωτοβολταϊκά ο άνθρωπος προσπαθούσε να αξιοποιήσει με κάθε τρόπο την αστείρευτη ενέργεια που βρίσκεται γύρω. Η ενέργεια αυτή είναι διαθέσιμη σε διάφορες μορφές όπως φωτεινή ενέργεια, θερμική ενέργεια, μηχανική ενέργεια, ηλεκτρομαγνητική ενέργεια, χημική και βιολογική. Στο πλαίσιο της ομιλίας θα γίνει συνοπτική παρουσίαση των τεχνικών που έχουν αναπτυχθεί για την συλλογή ενέργειας και στη συνέχεια η εργασία θα εστιάσει στη μελέτη μικρογεννητριών που συλλέγουν ενέργεια από τις μηχανικές δονήσεις του περιβάλλοντος με χρήση πιεζοηλεκτρικων υλικών. Η ενέργεια αυτή μπορεί να δημιουργείται σαν αποτέλεσμα της ανθρώπινης δραστηριότητας (πχ βάδισμα, κίνηση του χεριού, κτλ), μηχανικών κατασκευών (πχ δονήσεις μηχανών) ή/και φυσικών διεργασιών (κίνηση αέρα, κυματισμός θάλασσας, κτλ). Η λειτουργία των μικρογεννητριών βασίζεται στην μετατροπή της μηχανικής ενέργειας σε ηλεκτρική μέσω του πιεζοηλεκτρικού φαινομένου. Σαν πιεζοηλεκτρικά υλικά χρησιμοποιούνται νανοδομημέναυμένια Οξειδίου του Ψευδαργύρου (ZnO) ή συστοιχίες νανοδομών ZnO (νανοραβδία, νανοζώνες, κτλ) τα οποία εμφανίζουν πολύ καλές πιεζοηλεκτρικές ιδιότητες, είναι βιοσυμβατά και μπορούν να παρασκευαστούν με υδροθερμικές τεχνικές σε χαμηλές θερμοκρασίες.