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  • Sensores minúsculos, grande potencial

    Esquerda:Montagem bem-sucedida de nanofibras de titanato de bário em água, após a remoção do carbonato de bário com uma lavagem de HCl diluído e suspensão usando ácido cítrico e ajustando o pH para cerca de 9, a 5 kHz e 20 Vpp. Direita:Esquema da configuração de medição magnetoelétrica rotativa, onde o ângulo da matriz em relação ao campo magnético aplicado pode ser ajustado para explorar os efeitos da indução no coeficiente magnetoelétrico medido. Crédito:Universidade da Flórida

    A energia elétrica das baterias alimenta não apenas o sistema de ignição que gira o motor e movimenta os veículos elétricos, mas também alimenta quase todos os recursos de detecção dos automóveis de hoje. A eletricidade liga os faróis do carro para viagens noturnas, rola as janelas para cima e para baixo, detecta várias ações dentro do carro para manter os motoristas cientes e alertas ao ambiente.

    Os automóveis de hoje vêm com muitos sensores - "porta entreaberta, "" cinto de segurança não preso, " "baixa pressão do pneu, "" rpm do motor, "" proximidade de obstáculo, "etc. Sensores autônomos mais recentes podem até alertar o motor para desacelerar e parar se o motorista estiver desatento ou incapacitado. Cada sensor requer apenas um pouco de energia da bateria do carro, mas todas essas pequenas partes se somam; e, conforme a indústria começa a se concentrar mais em veículos elétricos, veículos em rede, e recursos de entretenimento informativo para passageiros, o número de sensores pode aumentar significativamente.

    Para lidar com o problema de esgotamento da bateria, Os engenheiros da UF desenvolveram um novo tipo de sensor que cria sua própria energia, prolongando a vida útil da bateria de automóveis. Dra. Jennifer Andrew, Professor Associado do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais da Faculdade de Engenharia Herbert Wertheim da Universidade da Flórida, e sua equipe enfrentou o desafio de tornar os sensores cada vez menores em tamanho e consumo de energia.

    Trabalhando com o Dr. David Arnold, o professor de liderança em engenharia George Kirkland no Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação, eles desenvolveram um sensor composto magnetoelétrico de nanofio que monitora as operações do automóvel por meio de impulsos elétricos gerados pela alteração das propriedades do próprio nanofio. O sensor não requer corrente elétrica externa para funcionar.

    Cada nanofio é composto de duas metades - titanato de bário, que exibe propriedades piezoelétricas, é pareado com ferrita de cobalto, um material magnetostritivo. Na presença de um campo magnético, como aquele presente nas engrenagens de aço do motor de um carro, a ferrita de cobalto sofre uma mudança de forma, que transmite uma tensão ao titanato de bário piezoelétrico, induzindo assim uma polarização elétrica. Ao conectar o array nano-wire a uma fonte de coleta de dados, os impulsos elétricos gerados pelo magneto-elétrico podem ser usados ​​para detectar a sincronização do motor ou detectar uma derrapagem pela velocidade da roda. Sensores de campo magnético funcional são formados pela conexão de muitos nanofios em paralelo.

    O grupo do Dr. Andrew relatou que seus nanofios mostraram coeficientes magnetoelétricos significativamente mais fortes (indicando que impulsos elétricos mais fortes foram gerados) do que o material magnetoelétrico tradicional. Esses impulsos elétricos mais fortes significam que melhorias adicionais no dispositivo do Dr. Andrew podem resultar em sensores ainda menores. O fato de os sensores não usarem nenhuma fonte de energia elétrica externa aumenta seu apelo para uso em veículos elétricos autônomos e assistidos por motorista.


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