Development of novel materials and low-cost devices for mechanical energy harvesting

Resum

La tesi doctoral aborda el desafiament crític de la dependència energètica de l'Internet de les Coses (IoT). A mesura que s'expandeix, la seva capacitat per millorar l'eficiència, la productivitat i la conveniència en sectors com la indústria, la salut, l'agricultura i les ciutats intel·ligents és innegable. No obstant això, aquest creixement ha augmentat la demanda de noves fonts d'energia per alimentar els sensors sense fils de l'IoT, el que planteja importants desafiaments en matèria de sostenibilitat i eficiència energètica. En resposta a aquest problema, la investigació de la tesi es centra en el desenvolupament de solucions innovadores per fer que els sensors IoT siguin energèticament autosuficients a través del concepte de "recol·lecció d'energia" (EH), que implica la captura i conversió de l'energia ambiental en electricitat usable. Aquest enfocament es basa en l'ús de materials piezoelèctrics i triboelèctrics per generar energia a partir de vibracions mecàniques, camps magnètics i moviment humà. La tesi es divideix en dues àrees principals de recerca: els materials triboelèctrics i els materials piezoelèctrics. En el primer cas, s'efectua una investigació exhaustiva sobre els principis de l'electrificació per contacte per desenvolupar col·lectors d'energia eficients, capaços d'alimentar sensors amb la simple pulsació de la palma de la mà. D'altra banda, en l'àmbit dels materials piezoelèctrics, s'exploren dos enfocaments diferents. D'una banda, s'utilitza la impressió 3D per integrar materials piezoelèctrics en estructures dissenyades per capturar energia vibracional, mentre que, d'altra banda, s'investiga el potencial dels dispositius MEMS (Sistemes microelectromecànics) per a la captació d'energia. Dins de l'àmbit dels MEMS, es realitza un estudi centrat en la captació d'energia a partir de camps magnètics d'ultra baixa intensitat. A més, s'explora la possibilitat de combinar la tecnologia MEMS amb l'electrònica impresa, especialment a través del procés d'impressió per injecció d'una tinta, amb la finalitat de fusionar aquestes tecnologies i crear dispositius innovadors de recol·lecció d'energia vibracional. A més de la recerca, s'aborden consideracions econòmiques, ambientals i de sostenibilitat, amb un èmfasi particular en l'ús de materials lliures de plom i en l'optimització dels processos de fabricació mitjançant tècniques de prototipatge ràpid. En resum, la tesi ofereix una perspectiva sobre com abordar el desafiament de la dependència energètica en el context de l'IoT, proposant solucions innovadores que prometen obrir el camí cap a un futur més sostenible i eficient en termes energètics.

Data del Ajut	5 de jul. 2024
Idioma original	Anglès
Supervisor	Gonzalo Murillo Rodriguez (Director/a)