Wissenschaftlern der Texas A&M University und der University of Houston ist der Nachweis gelungen, dass sich für das Material Blei-Zirkon-Titanat bei Fertigung mit einer Dicke von etwa 21 Nanometern die Energieausbeute verdoppelt. Das ist ein Grundstein für weitere Forschungsarbeiten, die von großer Bedeutung sein könnten. Denn Piezoelektrika sind geeignet, zur Energieversorgung von Elektronikgeräten beizutragen. Handys beispielsweise könnten einfach durchs Gespräch geladen werden, so die Texas A&M.
Für Handys, MP3-Player und andere Elektronikgeräte ist die Batterielaufzeit ein wichtiger Faktor. Eben diese könnte durch eine zusätzliche Energieversorgung mithilfe von piezoelektrischen Materialien gesteigert werden. Sie haben daher großes Potenzial, ob nun bei Consumer-Produkten oder auch für die umfangreiche elektronische Ausrüstung moderner Soldaten. "Selbst Störungen in Form von Schallwellen wie Druckwellen könnten in Zukunft genutzt werden, um nano- und mikroelektronische Geräte zu betreiben, wenn die Materialien entsprechend verarbeitet und hergestellt werden", betont Tahir Cagin, Professor am Department of Chemical Engineering der Texas A&M. Das würde letztendlich selbstladende Handys ermöglichen.
In größeren Größen werden piezoelektrische Materialien schon jetzt in der Praxis genutzt - beispielsweise in Nachtklub-Böden, die zur Stromversorgung der Beleuchtung beitragen. Im Nanobereich dagegen steht auch die Forschung noch relativ am Anfang, so Cagin. "Wenn Materialien auf Nanoskalen gebracht werden, verändern sich manche Leistungscharakteristiken deutlich", erklärt der Wissenschaftler. Ein Beispiel dafür ist das Blei-Zirkon-Titanat. "Wir haben gezeigt, dass bei einer bestimmten Längenskala - zwischen 20 und 23 Nanometern - die Kapazität zur Energiegewinnung um 100 Prozent steigt", sagt Cagin. Man wolle nun weiter am Verständnis und der Optimierung von Materialien arbeiten, so Cagin. "Wir beschäftigen uns mit der chemischen Zusammensetzung und dem physikalischen Aufbau", so der Wissenschaftler. Außerdem werde untersucht, wie die Materialien beeinflusst werden können, um ihre Leistung zu verbessern.
Die Möglichkeit der Energieversorgung von Mikro- und Nanoelektronik mithilfe von piezoelektrischen Materialien wird auch an anderen Forschungseinrichtungen untersucht. Erst vor Kurzem haben beispielsweise Wissenschaftler vom Georgia Institute of Technology ein piezoelektrisches Generatorsystem mit Zinkoxid-Drähten vorgestellt. (pte)