Negli ultimi anni si è avuto un crescente interesse verso lo sviluppo di materiali piezoelettrici in particolare per la produzione di sensori e sistemi di energy-harvesting. Tra i materiali piezoelettrici di particolare interesse risultano alcuni polimeri, tra cui il polivinilidenfluoruro (PVDF). Quest'ultimo, oltre ad essere biocompatibile, mostra interessanti proprietà sia piezoelettriche che meccaniche. D'altro canto, negli ultimi anni, le nanostrutture di ossido di zinco (ZnO) come i nanorods (NRs) hanno mostrato interessanti proprietà piezoelettriche che li hanno resi particolarmente promettenti per la realizzazione di nano-generatori (NG), dispositivi in grado di convertire l'energia meccanica in energia elettrica, su micro e nano-scala. Generalmente tali dispositivi sono dei capacitori che vengono realizzati usando un back electrode su cui vengono cresciuti i NRs di ZnO. Per evitare eventuali corti circuiti tra il top e il bottom electrode, generalmente, si utilizza un polimero, come per esempio il polidimetilsilossano (PDMS), con cui incapsulare i NRs. Infine, viene realizzato il top electrode.
Nell'ambito di questo progetto si intendono realizzare dei nano-generatori a matrice polimerica, utilizzando il PVDF, sia come materiale attivo che come incapsulante per i NRs di ZnO. Si intendono anche sviluppare materiai compositi a matrice polimerica che combinino le nanostrutture piezoelettriche (come i NRs di ZnO) e le nanostrutture di carbonio, ovvero nanoplacchete multi-layer di grafene (MLG). Altro obbiettivo di questo progetto è quello di caratterizzare su scala micro e nanometrica le proprietà piezoelettriche dei nanocompositi tramite la Piezoresponse Force Microscopy (PFM). Il dispositivo finale verrà caratterizzato anche tramite misure elettro-meccaniche, permettendo di correlare le proprietà piezoelettriche locali, ottenute dalla PFM, con quelle globali dell'intero dispositivo.
Il presente progetto offre l'opportunità di lavorare nel campo dell'energy harvesting un settore che, negli ultimi anni, sta attirando sempre più interesse, grazie alla possibilità di alimentare diversi dispositivi indossabili e portatili convertendo l'energia meccanica, che in questo settore è considerata una delle forme di energia più affidabile e abbondante, in energia elettrica. Inoltre, grazie all'aumento delle efficienze di conversione, l'energy harvesting inizia a far parte della grande famiglia delle energie rinnovabili. All'interno di questo progetto sono presenti diversi aspetti innovativi tra questi lo studio di nanocompositi a base PVDF/GNP e ZnO come materiali attivi. L'utilizzo di questi nanocompositi come materiali attivi in dispositivi per energy harvesting è ancora in fase sperimentale e rappresenta una sfida aperta. Il grande vantaggio di utilizzare nanomateriali è dovuto al fatto di poter realizzare dispositivi con migliori performance e bassi costi in grado di poter alimentare dispositivi elettronici come MEMS e NEMS (sistemi micro e nano elettromeccanici). Inoltre, lavorare con nanomateriali, offre la grande opportunità di poter realizzare dispositivi flessibili e indossabili. Di particolare rilevanza è l'utilizzo delle tecnica PFM per caratterizzare su scala micro e nanometrica le proprietà piezoelettriche dei campioni che verranno realizzati durante lo svolgimento del suddetto progetto. Tale tecnica ha attratto molto interesse negli ultimi anni soprattutto perché rappresenta una delle tecniche più affidabili per la caratterizzazione delle proprietà piezoelettriche su nanoscala. Inoltre, durante lo svolgimento del progetto si cercherà di poter fare un'analisi quantitativa con le misure PFM, che, al momento, risulta essere una delle problematiche aperte in questo settore della ricerca. La possibilità di poter correlare le misure elettro-meccaniche con quelle di PFM potrebbe essere molto interessante per cercare di fare dei notevoli passi avanti da questo punto di vista. Inoltre, la possibilità di correlare queste due misure offre la possibilità di poter studiare come le proprietà piezoelettriche locali, ottenute tramite le misure PFM, siano correlabili con la proprietà globali dell¿intero dispositivo, ottenute tramite le misure elettro-meccaniche. Per le caratteristiche sopra elencate il suddetto progetto si pone al centro di più filoni aperti della ricerca: l'ottimizzazione di dispositivi per energy harvesting sia tramite l'utilizzo di nuovi materiali sia tramite l'ingegnerizzazione del dispositivo stesso. Inoltre, come più volte detto l'utilizzo della PFM si pone al centro del filone di ricerca relativo allo sviluppo di tecniche di caratterizzazione multifunzionale di materiali basate sulla microscopia a forza atomica che ha delle enormi potenzialità perché consente di correlare le proprietà funzionali su scala microscopica con le proprietà morfologiche e la topografia superficiale del materiale.