Τα πάντα ρει: Νανοϋλικά και μικροσυστήματα για τη συλλογή ενέργειας από το περιβάλλον

Ο όρος «Συγκομιδή ή Συλλογή Ενέργειας» (Energy Harvesting or Energy Scavenging) είναι ένας γενικός όρος ο οποίος εμπεριέχει τους διάφορους τρόπους με τους οποίους  µπορεί κανείς να συλλέξει και να αξιοποιήσει την ενέργεια από το περιβάλλον. Αν και ο όρος είναι τόσο γενικός και υπό την ευρύτερη έννοια περιλαμβάνει τα φωτοβολταϊκά στοιχεία και την αξιοποίηση της αιολικής ενέργειας, τα τελευταία χρόνια έχει καθιερωθεί ως ο κατεξοχήν όρος τιου περιγράφει την μετατροπή είτε της περιρρέουσας μηχανικής ενέργειας (κυρίως µε τη µορφή δονήσεων) είτε των θερμικών βαθμίδων του περιβάλλοντος χώρου σε nλεκτρική ενέργεια. Με άλλα λόγια, η Συγκομιδή Ενέργειας περιλαμβάνει τις µεθόδους με τις οποίες η αναξιοποίητη ενέργεια που βρίσκεται γύρω μας κυρίως με τη μορφή μηχανικών δονήσεων και θερμότητας να συλλέγεται από κατάλληλα συστήματα και να μετατρέπεται σε «χρήσιμη» και άμεσα χρησιμοποιήσιμη ηλεκτρική ενέργεια. Απώτερος στόχος είναι να αναπτυχθούν κατάλληλα μικρο-και νανοσυστήματα τα οποία θα τροφοδοτούν διατάξεις χαμηλής κατανάλωσης καθιστώντας τες ενεργειακά αυτόνομες. Η ενεργειακή αυτονόμηση των διατάξεων μπορεί να βρει πλείστες όσες εφαρμογές, τόσο στην ανάπτυξη ασύρματων δικτύων αισθητήρων (ειδικά σε απομονωμένα ή επικίνδυνα περιβάλλοντα, όπου η αντικατάσταση των μπαταριών είναι χρονοβόρα, με υψηλό κόστος και υψηλό δείκτη επικινδυνότητας για το προσωπικό), όσο και στα «έξυπνα» και οικολογικά σπίτια του –όχι και τόσο μακρινού- μέλλοντος, την ρομποτική, τα φορέσιμα ηλεκτρονικά (wearable electronics) και τα ιατρικά εμφυτεύματα (implantable medical devices).
 

Μεγάλο µέρος της έρευνας τα τελευταία χρόνια έχει στραφεί στην ανάπτυξη καινοτόµων νανοδοµηµένων υλικών (όπως νανοραβδία, νανονήµατα, νανοέλικες κ.ά.), τα οποία λόγω των διαστάσεών τους και των μορφολογικών τους χαρακτηριστικών έχουν σηµαντικά υψηλότερη απόδοση συγκριτικά µε τα αντίστοιχα δισδιάστατα υµένια ή τα πιο συµβατικά υλικά που έχουν χρησιμοποιηθεί µέχρι τώρα. Εξίσου σηµαντικό ρόλο στην ανάπτυξη των διατάξεων συγκοµιδής ενέργειας παίζει και ο σχεδιασμός των διατάξεων καθώς και η ανάπτυξη νέων τεχνολογιών για την ολοκλήρωση των καινοτόμων νανοδοµηµένων υλικών σε αυτές και τον συγκερασµό τους µε τις διεργασίες µικροµηχανικής που χρησιμοποιούνται στη μαζική παραγωγή.
 

Η παρούσα οµιλία θα επικεντρωθεί στις προσπάθειες που γίνονται την τελευταία πενταετία για την κατασκευή πιεζοηλεκτρικών διατάξεων συγκοµιδής ενέργειας και θα κάνει µια περιήγηση στο νεότευκτο και συναρπαστικό πεδίο της νανοπιεζοτρονικής.