Многофункциональность (производство энергии, хранение и самозаряжение) семян Mimosa Pudica Linn. Кредит: Singh et al.
Большинство энергетических генераторов, используемых в настоящее время в области электроники, основаны на неорганических пьезоэлектрических материалах, которые не являются биологическими и способствуют загрязнению окружающей среды на Земле. В последние годы некоторые исследователи электроники и инженеры по химике пытались разработать альтернативные устройства, которые могут генерировать электроэнергию для медицинских имплантатов, носимой электроники, роботов и других электронных, использующих органические материалы, которые являются безопасными, био-совместимыми и нетоксичными.
Исследователи в Центре материаловедения Индийского технологического института Харагпур недавно представили новое устройство, основанное на семенах с завода Mimosa Pudica, которое может служить как био-пизоэлектрический наногенератор, так и самостоятельный суперковтор. Их предлагаемое устройство, изложенное в статье, опубликованной в ХИМИЧЕСКИЙ ИНЖЕНЕРНЫЙ ЖУРНАЛбыло обнаружено, что он достигает замечательной эффективности, а также оказывает меньшее неблагоприятное влияние на окружающую среду.
«Это исследование было мотивировано необходимостью биосовместимых, самообучения энергетических систем с электроникой, имплантируемыми мощными медицинскими устройствами (например, кардиостимуляторами, нейростимуляторами) и носимой электроникой»,-сказал Tech Xplore профессор доктор Бхану Бхусан Хатуа, старший автор статьи.
«Существующие неорганические пьезоэлектрические материалы, такие как соединения на основе свинца [e.g., (Pb, Zr)TiO3, PbTiO3] Поставил риск токсичности, экологического вреда и хирургических осложнений из-за небиоразлагаемости, что вдохновило нас на изучение семян Mimosa Pudica Linn (MPL)-естественный, съедобный и обильный ресурс-как зеленая альтернатива ».
Недавнее исследование доктора ББ Хатуа и его коллег имело три основные цели. Во-первых, исследователи намеревались разработать новый био-пизоэлектрический наногенератор, который использует гидрогель, полученный из семян MPL для сбора механической энергии, такой как то, что связано с давлением пальца.
Используя тот же гидрогель, исследователи также хотели разработать самозаряженный суперконденсатор с электродами на основе RGO/Nizto, который может эффективно хранить энергию, собранную наногенератором. Их конечная цель состояла в том, чтобы интегрировать эти две возможности (то есть сбора энергии и хранения) в одно биосовместимое устройство, которое может автономно работать внутри различной электроники, включая медицинские имплантаты и носимые технологии.
«Кооперативный эффект электроактивности и сложных преобразований в молекулярной структуре частиц порошка семян MPL, когда подвергается механическому напряжению, может использоваться для характеристики механизма генерации энергии нано -энергии устройства MSPEG», — объяснил доктор Хатуа.
«Порошок семян MPL состоит из тубулина, гликозилфлавонов, фенольного кетона, буфериенолида, полисахаридов глюкуроноксилана (т.е. гемицеллюлоза в ангиоспермах, состоящих из ксилозной цепь, заменившихся глюкуронической кислотой (часто 4 -мэтилированные) и ацетилильные группы), и другие нити -содержащие BOILIGANDINDINGANDINGANDINGANDINGANDINGANDINGANDINGANDINGANDINGANDINGERSINDINGERSINGENTY. Группы, которые соединены меж/внутримолекулярным H -болотинг и передачами механическим напряжением в электрическую энергию, когда эти функциональные группы деформируются ».
Основное преимущество нового устройства, разработанного доктором Хатуа и его коллегами, состоит в том, что оно основано на съедобных семенах MPL, поэтому для окружающей среды он не так токсичен, как в настоящее время используемые решения для сбора энергии на основе неорганических материалов. Несмотря на его биосовместимость, было обнаружено, что устройство достигает высокой энергоэффективности и эффективности преобразования энергии.
«В качестве пьезоэлектрического нано-энергии (MSPEG) наше устройство достигло пьезоэлектрической мощности ~ 13,5 В и ~ 2,98 мкА, превзойдя многие конкуренты на основе био»,-сказал доктор Хатуа. «Более того, биогидрогель семян MPL демонстрирует 24 шт-шт-н пьезоэлектрического коэффициента и 40,2% эффективность преобразования энергии».
Работая суперконденсатором, было обнаружено, что устройство, разработанное доктором Хатуа и его коллегами, обладает хорошей стабильностью велосипедов, сохраняя 87,5% своей емкости после 6000 оперативных циклов. Также было обнаружено, что он имеет плотность энергии 125,4 Вт/кг при 1200 Вт/кг плотности мощности и способен автономно генерировать и хранить напряжение, даже при механическом напряжении.
«Наше устройство может обеспечить более безопасную, более длительную мощность для имплантатов (например, кардиостимуляторов) без рискованных замены батареи»,-сказал доктор Хатуа. «Он также может поддерживать разработку гибкой электроники для мониторинга здоровья или датчиков IoT, помогая снизить зависимость от токсичных материалов и стимулировать круглые энергетические системы».
В будущем новый наногенератор и суперконденсатор, разработанные этой исследовательской группой, могут быть улучшены и протестированы на различных электронных устройствах. В качестве гидрогеля, полученного из семян MPL, он основан на биодеградации, доктор Хатуа и его коллеги также планируют попытаться улучшить свой пьезоэлектрический отклик путем изменения его структуры.
«В наших следующих исследованиях мы сосредоточимся на масштабируемости экономичных методов синтеза для электроактивных материалов RGO/Nizto, а также для разработанных устройств MSPEG и SCS, а также их интеграции и тестирования в практических медицинских и носимых прототипах»,-добавил доктор Хатуа. «Мы также рассмотрим многофункциональность гибридных систем, комбинирующих пьезоэлектрический, трибоэлектрический и солнечный сбор энергии».
Больше информации:
Прем Пал Сингх и др., Семена Mimosa Pudica Linn, полученные натуральным пьезоэлектрическим наногенератором и сепаратором для высокопроизводительного суперконденсатора на основе RGO/Nizto, суперконденсатора, ХИМИЧЕСКИЙ ИНЖЕНЕРНЫЙ ЖУРНАЛ (2025). Doi: 10.1016/j.cece.2025.161802.
Информация журнала:
ХИМИЧЕСКИЙ ИНЖЕНЕРНЫЙ ЖУРНАЛ
© 2025 Science X Network
Цитирование: Био-пизоэлектрические устройства Mimosa Feelerticts Device функционирует как суперконденсатор самостоятельного заряда с высокой эффективностью (2025, 16 апреля), полученное 17 апреля 2025 года из этого документа подлежит авторским правам. Помимо каких -либо справедливых сделок с целью частного исследования или исследования, никакая часть не может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только для информационных целей.
