Negli ultimi anni si è osservato un crescente sviluppo di materiali piezoelettrici innovativi per la produzione di sensori e sistemi di energy-harvesting. Tra i materiali piezoelettrici di particolare interesse è da menzionare l'ossido di zinco (ZnO) che, in particolare nelle sue diverse forme nanostrutturate (nanorods o nanowalls), può presentare una risposta piezoresistiva di rilievo. La letteratura recente mostra come nanorods (NRs) di ZnO hanno proprietà piezoelettriche che li rendono particolarmente promettenti per la realizzazione di nano-generatori (NG), ovvero di dispositivi in grado di convertire l'energia meccanica in energia elettrica su micro e nano-scala. L'obiettivo di questa ricerca è lo studio e sviluppo di nanogeneratori flessibili per applicazioni "wearable", costituiti da array di NRs di ZnO cresciuti mediante una tecnica idrotermale (già sviluppata e brevettata dal gruppo di ricerca) su substrato polimerico flessibile e bottom electrode in ITO, incapsulati in una matrice di polivinilidenfluoruro (PVDF), opportunamente sintetizzato con una tecnica di quenching al fine di esaltarne le proprietà piezoelettriche. Il PVDF è un polimero biocompatibile con interessanti proprietà meccaniche e piezoelettriche, tipicamente trattato con poling elettrico oppure utilizzato come matrice in nanocompositi per esaltarne l'elettroattività. La novità dello studio consiste nel combinare in modo sinergico le proprietà piezoelettriche di array di NRs di ZnO e di film PVDF opportunamente sintetizzato, al fine di ottenere nanogeneratori flessibili per energy harvesting. Un aspetto fondamentale che verrà studiato ed approfondito è relativo al controllo del processo di produzione del film di PVDF (in particolare della fase di evaporazione del solvente) al fine di controllarne la porosità che da un lato influenza le proprietà piezoelettriche del materiale, dall¿altro ne condiziona la porosità, critica ai fini della contattazione del dispositivo con elettrodo superiore.
Questo progetto permette di lavorare in un campo di grandissimo interesse per la comunità scientifica ovvero l'energy harvesting. Con il termine energy harvesting si intende la conversione dell'energia meccanica, una delle forme di energia più affidabili e abbondanti, in energia elettrica al fine di alimentare dispositivi. L'innovazione di questo progetto si basa sulla possibilità di ottenere nanogeneratori flessibili a basso costo ovvero sfruttando tecniche di processo non convenzionali che non richiedono attrezzature sofisticate e costose. Infatti gli array di ZnO-NR su substrato flessibile di PET-ITO vengono ottenuti attraverso l'ottimizzazione della chimical bath deposition ovvero un processo idrotermale che consiste nell'immersione del substrato in una soluzione acquosa di nitrato di zinco ed esametilentetrammina (HTMA). I molteplici parametri di processo come temperatura, pH, concentrazioni e posizione del campione nella soluzione di crescita devono essere accuratamente ottimizzati per ottenere array uniformemente distribuiti e orientati. Inoltre una delle sfide più grandi del campo scientifico riguarda il miglioramento della risposta piezoelettrica del PVDF che è dovuta non solo alla presenza della fase ß ma anche alla sua uniforme orientazione. Una delle tecniche più utilizzate per ottenere film di PVDF ß-oriented è il poling ovvero l'applicazione di un elevato campo elettrico che porta alla polarizzazione uniforme delle catene di fase ß. Il sistema di poling è un sistema efficace ma allo stesso tempo costoso e che richiede elevata attenzione nelle lavorazioni, l'innovazione in questo progetto è ovviare l'utilizzo di questa tecnica attraverso l'utilizzo della phase inversion a bassa temperatura (Quenching) che consiste una volta ottenuto il film polimerico, attraverso lo spin coating che favorisce la formazione della fase ß, nel metterlo a contatto con una soluzione di acqua e glicerolo a -20°C. Questa tecnica (low-cost) si basa sull'interazione chimica delle molecole d'acqua con quelle del PVDF che permettono l'orientazione uniforme delle catene polimeriche. Questa tecnica è ancora in fase sperimentale e rappresenta una sfida aperta nella comprensione del meccanismo d'interazione e d'efficacia. Un aspetto molto importante che verrà studiato in ambito di questo progetto è l'influenza del quenching sulla morfologia del polimero la quale è controllata dalla fase di evaporazione del solvente al fine di controllarne la porosità che da un lato influenza le proprietà piezoelettriche del materiale, dall'altro ne condiziona la porosità, critica ai fini della contattazione del dispositivo con elettrodo superiore.