Nanotechnology Now - Comunicato stampa: Assegnati 900,000 dollari per ottimizzare i dispositivi di raccolta dell'energia al grafene: l'impegno della Fondazione WoodNext nei confronti del fisico Paul Thibado dell'UOfA sarà utilizzato per sviluppare sistemi di sensori compatibili con sei diverse fonti di energia

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Paolo Thibado

CREDITO
Relazioni universitarie

Abstract:
Il professore di fisica Paul Thibado della U of A ha ricevuto un impegno di 904,000 dollari dalla WoodNext Foundation, amministrata dalla Greater Houston Community Foundation. La sovvenzione quinquennale sosterrà lo sviluppo di Thibado di raccoglitori di energia al grafene.

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Assegnati 900,000 dollari per ottimizzare i dispositivi di raccolta dell'energia al grafene: l'impegno della Fondazione WoodNext nei confronti del fisico dell'UofA Paul Thibado sarà utilizzato per sviluppare sistemi di sensori compatibili con sei diverse fonti di energia

Fayetteville, AR | Pubblicato il 12 gennaio 2024

“Abbiamo sviluppato con successo un processo per costruire strutture di dispositivi per la raccolta di energia in grafene”, ha affermato Thibado, “ma le strutture attuali non raccolgono abbastanza energia. Questa proposta ci consentirà di ottimizzare queste strutture per raccogliere nanowatt di potenza, energia sufficiente per far funzionare i sensori”.

Thibado e i suoi colleghi svilupperanno la tecnologia di raccolta dell’energia del grafene (o GEH) per le seguenti fonti di energia: radiazione solare, termica, acustica, cinetica, non lineare e ambientale. Man mano che ciascun dispositivo viene sviluppato, il suo team costruirà quindi un prototipo completo di sistema di sensori attorno a quella specifica fonte di energia.

Nancy Chan, direttrice esecutiva della Fondazione WoodNext, ha dichiarato: “Siamo entusiasti di sostenere il lavoro di Paul. Riteniamo che sia un passo importante nello sviluppo di più opzioni di energia pulita, nonché un progresso potenzialmente entusiasmante nella costruzione dell’Internet delle cose”.

Thibado ha osservato che l’attuale tecnologia dei sensori all’avanguardia è alimentata da batterie che richiedono microwatt (un milionesimo di watt) di potenza continua. L’obiettivo del suo progetto è duplice:

Ridurre la richiesta di potenza del sensore a nanowatt (un miliardesimo di watt) e
Alimenta questi sensori utilizzando l'energia raccolta dall'ambiente locale.
In particolare, questi sistemi non includeranno batterie, che hanno una durata di vita limitata, consentendo loro di raggiungere durate operative eccezionalmente lunghe – potenzialmente diversi decenni.

“L’uso di massa di questa tecnologia espanderà ulteriormente l’internet delle cose”, ha spiegato Thibado, “che trasforma i normali sensori in nodi intelligenti all’interno di una rete intelligente. Pertanto, i nostri sistemi avranno un impatto su un’ampia gamma di applicazioni”.

Quanto largo? Thibado prevede che questi sensori verranno utilizzati nel monitoraggio dei prodotti di trasporto, nella gestione della flotta logistica, nel monitoraggio del bestiame, nei sensori del suolo, nel monitoraggio del clima agricolo, negli avvisi di inondazioni ambientali, nella pianificazione delle catastrofi, nel monitoraggio atmosferico, nella manutenzione predittiva, nel monitoraggio dei processi di produzione, nei contatori/reti intelligenti dei servizi pubblici, nelle città intelligenti. parcheggio, controllo del traffico, illuminazione cittadina, gestione dei rifiuti, gestione di biciclette/scooter, sistemi di telecamere, sistemi di allarme degli edifici, controllo della temperatura, illuminazione, accesso, monitoraggio del fitness indossabile, monitoraggio dei bambini e monitoraggio medico. Quindi, piuttosto ampio.

Si prevede che il costo di installazione dei GEH sarà competitivo con altre forme di fornitura energetica, sia su larga che su piccola scala. Tuttavia, i costi operativi di GEH saranno prossimi allo zero, senza costi per carburante, ricarica, sostituzione o revisione. Ad esempio, un chip GEH potrebbe essere inserito in un sensore di temperatura remoto. Questo chip, un componente del suo modulo elettronico, libererà il dispositivo dalla necessità di alimentazione esterna o batterie. Il chip non richiederà la sostituzione poiché ha la stessa durata degli altri componenti del dispositivo. Con la tecnologia GEH il dispositivo può essere più compatto, portatile e protetto dalle interruzioni di corrente.

Collaboratori aggiuntivi
Un sub-premio di 210,000 dollari andrà a David Blaauw, professore di ingegneria elettrica e informatica presso l'Università del Michigan. Esperto in sensori wireless a bassa potenza e sistemi integrati, Blaauw supervisionerà la fabbricazione di sensori “Michigan Micro-Mote” progettati su misura per una perfetta integrazione con ogni tipo di raccoglitore di energia al grafene U of A.

Blaauw metterà a punto il consumo energetico e il ciclo di lavoro dei vari sensori per allinearli con la potenza fornita dalla mietitrice UofA. Implementerà inoltre un metodo di calcolo della media energetica capacitiva per supportare brevi periodi di consumo energetico più elevato.

NTS Innovations, una società specializzata in nanotecnologie, possiede la licenza esclusiva per sviluppare GEH in prodotti commerciali. L'azienda ha fornito finanziamenti per la brevettazione, la creazione di piani aziendali, la ricerca di partner commerciali e la scoperta di clienti.

Il ruolo di NTS Innovations nel corso della sovvenzione è quello di interagire con i clienti sui criteri di accettazione, come i livelli di potenza minimi necessari per l’inclusione nei prodotti. Attualmente, più di 60 soggetti hanno espresso interesse nel testare la tecnologia e nel collaborare con Thibado e i suoi colleghi per integrarla nelle loro applicazioni.

Thibado ritiene che il suo team, in collaborazione con NTS Innovations, sarà in grado di inviare un sensore GEH autoalimentato di prima generazione ai clienti interessati per un feedback già nel secondo anno del premio.

Grafene e GEH
Scoperto nel 2004, il grafene è un foglio di grafite spesso un atomo. Il grafene indipendente ha una struttura increspata, con ciascuna ondulazione che si muove su e giù in risposta alla temperatura ambiente.

"Più qualcosa è sottile, più è flessibile", ha detto Thibado. “E con lo spessore di un solo atomo, non c’è niente di più flessibile. È come un trampolino, che si muove costantemente su e giù. Se vuoi impedirgli di muoversi, devi raffreddarlo a 20 Kelvin.”

I GEH utilizzano un foglio di grafene caricato negativamente sospeso tra due elettrodi metallici. Quando il grafene si solleva, induce una carica positiva nell’elettrodo superiore. Quando si abbassa, carica positivamente l'elettrodo inferiore, creando una corrente alternata. Con i diodi cablati in opposizione, consentendo alla corrente di fluire in entrambe le direzioni, vengono forniti percorsi separati attraverso il circuito, producendo una corrente continua pulsante che esegue lavoro su un resistore di carico.

Informazioni sulla Fondazione WoodNext: La Fondazione WoodNext gestisce la filantropia dell'innovatore tecnologico e CEO/fondatore di Roku Anthony Wood e sua moglie Susan. I loro sforzi filantropici sono guidati dalla loro missione generale di promuovere il progresso umano e rimuovere gli ostacoli a una vita appagante. La Fondazione WoodNext eroga sovvenzioni e investimenti in una varietà di settori, tra cui la ricerca scientifica e biomedica, la salute mentale, i senzatetto, l'istruzione, la conservazione della natura, il ripristino in caso di catastrofe e le opportunità economiche, con particolare attenzione alla lotta alle cause profonde.

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Contatti:
Contatto per i media

Hardin Young
Università di Arkansas
Ufficio: 479-575-6850
Contatto esperto

Paolo Thibado
Università di Arkansas
Ufficio: 479-575-7932

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