Het oogsten van energie gaat organisch, wordt flexibeler

Een groep onderzoekers heeft op peptiden gebaseerde nanobuisjes onderzocht en, in de Journal of Applied Physics, meldt dat een combinatie van blootstelling aan ultraviolet en ozon wordt gebruikt om een ​​verschil in bevochtiging te genereren en een aangelegd veld om horizontaal uitgelijnde polarisatie van nanobuisjes op flexibele substraten met in elkaar grijpende elektroden te creëren. Het werk zal het gebruik van organische materialen op grotere schaal mogelijk maken. Deze afbeelding toont optische (ac) en laterale piëzoresponskrachtmicroscopie (LPFM) fasebeelden (df) van de peptide-nanobuisjes op in elkaar grijpende elektrodesubstraten: (a, d) zonder uitlijning, ( b, e) uitgelijnd met behulp van zowel elektrisch veld als UV / ozon, en (c, f) uitgelijnde PNT’s met grafeenoxide (GO) met behulp van zowel elektrisch veld als UV / ozon. Krediet: Sawsan Almohammed

Nanogeneratoren die mechanische energie in elektriciteit kunnen omzetten, worden doorgaans gemaakt van metaaloxiden en perovskieten op loodbasis. Maar deze anorganische materialen zijn niet biocompatibel, dus de race is begonnen om natuurlijke biocompatibele piëzo-elektrische materialen te maken voor het oogsten van energie, elektronische detectie en het stimuleren van zenuwen en spieren.

Onderzoekers van University College Dublin en University of Texas in Dallas besloten om op peptiden gebaseerde nanobuisjes te onderzoeken, omdat ze een aantrekkelijke optie zouden zijn voor gebruik in elektronische apparaten en voor toepassingen voor het oogsten van energie.

In de Journal of Applied Physicsrapporteert de groep dat ze een combinatie van ultraviolette en ozonblootstelling gebruiken om een ​​verschil in bevochtigbaarheid te genereren en een toegepast veld om horizontaal uitgelijnde polarisatie van nanobuisjes op flexibele substraten met in elkaar grijpende elektroden te creëren.

“De piëzo-elektrische eigenschappen van op peptiden gebaseerde materialen maken ze bijzonder aantrekkelijk voor het oogsten van energie, omdat het persen of buigen ervan een elektrische lading genereert”, zegt Sawsan Almohammed, hoofdauteur en postdoctoraal onderzoeker aan het University College Dublin.

Er is ook een toenemende vraag naar organische materialen ter vervanging van anorganische materialen, die vaak giftig en moeilijk te maken zijn.

“Op peptiden gebaseerde materialen zijn organisch, gemakkelijk te maken en hebben een sterke chemische en fysische stabiliteit”, zei ze.

In de benadering van de groep wordt de fysieke uitlijning van nanobuisjes bereikt door een verschil in bevochtigbaarheid op het oppervlak van een flexibel substraat aan te brengen. Dit creëert een chemische kracht die de peptide nanobuisjes-oplossing uit het hydrofobe gebied, dat water afstoot, met een hoge contacthoek naar het hydrofiele gebied, dat water aantrekt, met een lage contacthoek duwt.

De onderzoekers verbeterden niet alleen de uitlijning van de buizen, wat essentieel is voor toepassingen voor het oogsten van energie, maar ze verbeterden ook de geleidbaarheid van de buizen door composietstructuren te maken met grafeenoxide.

“Het is algemeen bekend dat wanneer twee materialen met verschillende werkfuncties met elkaar in contact komen, er een elektrische lading stroomt van een lage naar een hoge werkfunctie”, zei Almohammed. “De belangrijkste nieuwigheid van ons werk is dat het regelen van de horizontale uitlijning van de nanobuisjes door een elektrisch veld en door bevochtigbaarheid ondersteunde zelfassemblage zowel de stroom- als de spanningsoutput verbeterde, en verdere verbetering werd bereikt door grafeenoxide op te nemen.”

Het werk van de groep zal het gebruik van organische materialen, met name op peptiden gebaseerde materialen, op grotere schaal mogelijk maken in elektronische apparaten, sensoren en toepassingen voor het oogsten van energie, omdat twee belangrijke beperkingen van peptide-nanobuisjes – uitlijning en geleidbaarheid – zijn verbeterd.

“We onderzoeken ook hoe ladingsoverdrachtprocessen van buig- en elektrische veldtoepassingen de op Raman-spectroscopie gebaseerde detectie van moleculen kunnen verbeteren,” zei Almohammed. “We hopen dat deze twee inspanningen kunnen worden gecombineerd om een ​​zelfgenererende biosensor te creëren met een breed scala aan toepassingen, waaronder biologische en omgevingsmonitoring, beeldvorming met hoog contrast en zeer efficiënte lichtgevende diodes.”