Development of next generation nems for energy harvesting
Obiettivo generale della ricerca
Progettazione e sviluppo di un nuovo nanogeneratore (NG) d’energia dalle dimensioni nanoscopiche. Le attività sperimentali hanno affiancato lo sviluppo e l’implementazione di modelli computazionali multiscala e multifisici, con cui simulare la complessa interazione tra campo elettrico e meccanico. Sono stati presi in considerazione materiali piezoelettrici in grado di generare un segnale elettrico in risposta a una sollecitazione meccanica molto piccola. I nuovi NG potranno recuperare energia (energy harvesting) in presenza di una qualsiasi sollecitazione di tipo meccanico, e troveranno impiego nei più svariati campi (scientifico, medico, comunicazioni etc.)
Principali risultati prodotti
Modello elettromeccanico agli Elementi Finiti che include la risposta del continuo e il contatto elettromeccanico tra nanofibre (Modello)
Modello Multiscala per la modellazione numerica del comportamento elettromeccanico di materiali e tessuti (Modello)
Materiale piezoelettrico polimerico innovativo (Prototipo)
Prototipo di nanogeneratore NG (Prototipo)
Principale know-how prodotto
Esperienza nella modellazione dei legami costitutivi dei materiali piezoelettrici 2D e 3D
Esperienza nelle tecniche multiscala (omogeneizzazione computazionale ed asintotica) di materiali piezoelettrici
Studio delle tecniche sperimentali per caratterizzare il materiale nanoscopico a comportamento piezoelettrico
Studio di materiali piezoelettrici innovativi in ambito statico e dinamico
Modellazione strutturale del dispositivo PENG (Nanogeneratore Piezoelettrici Flessibili)
Analisi di comportamento del materiale/dispositivo nello spazio dei parametri fisico-meccanici caratterizzanti lo stesso
Sfida sociale: Produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili
Il progetto è finalizzato alla progettazione di nuovi Nanogeneratori capaci di convertire l'energia meccanica naturalmente disponibile nell'ambiente, ad esempio sotto forma di vibrazioni, in energia elettrica che può essere utilizzata per alimentare dispositivi wireless per svariate applicazioni che spaziano dalla nano-medicina, alla tecnologia indossabile, all'IoT, al monitoraggio strutturale. Le attività realizzate nell'ambito del progetto di ricerca sono state mirate ad individuare una classe innovativa di nanogeneratori piezoelettrici, capace di essere competitiva con i dispositivi attualmente disponibili negli ambienti di ricerca
Collaborazioni internazionali rilevanti attivate
- Università di Hannover (Collaborazione scientifica)
Implementazione di un elemento virtuale (VEM) con legame costitutivo di danno scalare, un elemento virtuale (VEM) piezoelettrico da integrare in un codice FE2 ed un elemento virtuale (VEM) di tipo Serendipity
Collaborazioni nazionali rilevanti attivate
- Politecnico di Torino - DiSEG (Collaborazione scientifica)
Caratterizzazione statica e dinamica di nanogeneratori ibridi piezoelettrici realizzati con array di nanotravi di ZnO immerse in matrici polimeriche e cresciuti su supporti flessibili
- IMT - Scuola Alti Studi Lucca (Collaborazione scientifica)
Studio statico e dinamico del comportamento piezoelettrico di materiali auxetici antitetrachirali,caratterizzazione statica e dinamica di nanogeneratori ibridi piezoelettrici realizzati con array di nanotravi di ZnO
Collaborazioni regionali rilevanti attivate
- ISUFI - Istituto Superiore Universitario di Formazione Interdisciplinare (Collaborazione scientifica)
Sviluppo attività sperimentali integrate a quelle computazionali che concorrono a progettare un nuovo NG piezoelettrico
- De Bellis M.L., Bacigalupo A. (2017) Auxetic behavior and acoustic properties of microstructured piezoelectric strain sensors. Smart Materials and Structures
- De Bellis M.L., Wriggers P., Hudobivnikb B., Zavarise G. (2018) Virtual element formulation for isotropic damage. Finite Elements in Analysis and Design
- De Bellis M.L., Bacigalupo A., Zavarise G. (2019) Characterization of hybrid piezoelectric nanogenerators through asymptotic homogenization, Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering
De Bellis Maria Laura
ICAR/08 Scienza delle costruzioni
Dipartimento di Ingegneria dell'Innovazione
Università del Salento
