Energy Harvesting mediante materiali piezoelettrici

In questo paragrafo viene curata la simulazione agli elementi finiti (F.E.A.) di un nanowire di ZnO wurtzitico. La scelta è ricaduta sull’applicazione di tale materiale come harvester: recentemente è stato dimostrato come è possibile sfruttare la nanoenergia prodotta da un singolo nanowire per ottenere un quantitativo di energia più consistente mediante array di nanowire, con una efficienza di accoppiamento elettromeccanico stimata intorno al 17÷30%.
I nanowire allineati vengono deformati attraverso una punta conduttiva a contatto con l’estremità degli stessi. L’accoppiamento delle proprietà piezoelettriche e semiconduttive consente la creazione di un campo di deformazione e la separazione delle cariche lungo il nanowire come risultato di una deformazione impressa. Le caratteristiche rettificanti della barriera Schottky che si va a formare sulla giunzione ZnO-metallo consente la generazione di una corrente elettrica. Questo approccio può consentire la conversione di energia meccanica e/o idraulica in energia elettrica in grado di alimentare nanodispositivi.

Fra i nanomateriali monodimensionali conosciuti, l’ossido di zinco possiede tre vantaggi principali:
1. Presenta proprietà semiconduttive e piezoelettriche in grado di costituire una base per sensori e trasduttori elettromeccanici all’avanguardia.
2. E’ relativamente compatibile e sicuro biologicamente, consentendo il suo utilizzo per applicazioni mediche a basso impatto biologico.
3. Possiede le più diverse e abbondanti configurazioni di nanostrutture conosciute fino ad oggi, come i nanowire, nanobelt, nanoring, nanobows, nanospring e nanohelices.
Grazie alle potenziali applicazioni che tale materiale riveste nel campo delle nanotecnologie, vi è un’ampia e continua ricerca riguardo ai vari nanomateriali su di esso basati e sulle configurazioni ottimali per ogni possibile applicazione. Nel campo dell’energy harvesting recentemente l’attenzione si è focalizzata su strutture quasi-monodimensionali (p.es. nanowire, nanobelt).
Grazie alle uniche proprietà elettroniche, ottiche e piezoelettriche di cui gode, l’ossido di zinco è un materiale ideale per lo sviluppo di trasistor FET, LED, biosensori e dispositivi piezoelettrici.