Um grupo de pesquisadores da Universidade do Texas em Dallas e seus colegas fizeram melhorias significativas nos fios de captação de energia que inventaram chamados twistrons, que são feitos de nanotubos de carbono e produzem eletricidade quando esticados repetidamente.
Os pesquisadores descrevem os twistrons aprimorados e algumas aplicações potenciais da tecnologia em um artigo publicado na edição impressa de 7 de julho de Materiais Avançados .

Em um experimento de prova de princípio, Zhong Wang, Ph.D., principal autor do artigo e pesquisador associado do Alan G. MacDiarmid NanoTech Institute em UT Dallas, costurou os novos fios twistron em uma luva. À medida que alguém usando a luva formava diferentes letras e frases na linguagem de sinais americana, os gestos das mãos geravam eletricidade.

“Com base nos perfis de tensão de saída, podemos diferenciar facilmente o movimento dos dedos de diferentes letras e frases, e podemos potencialmente usar essa luva como um tradutor de linguagem de sinais autoalimentado”, disse Wang, cuja pesquisa de doutorado na UTD se concentrou em nanotubos de carbono. fios e coletores de energia. Ele ganhou o Prêmio de Melhor Dissertação na Escola de Ciências Naturais e Matemática em 2022 por este trabalho.

Liderado pelo Dr. Ray Baughman, diretor do NanoTech Institute e Robert A. Welch Distinguished Chair in Chemistry, o grupo de pesquisa relatou pela primeira vez sua tecnologia twistron na revista Science em 2017. Desde então, a equipe aperfeiçoou os processos que utiliza para fazer os fios, resultando em fibras mais eficientes e que produzem mais eletricidade por ciclo de estiramento do que a versão anterior.

"A colheita de energia é uma área extremamente importante, especialmente porque procuramos alternativas à queima de combustíveis fósseis. Gostaríamos de colher energia de todas as fontes disponíveis", disse Baughman, autor correspondente do artigo mais recente.

Algumas das aplicações potenciais dos twistrons incluem a coleta de energia das ondas do mar para alimentar sensores ou, eventualmente, ajudar a alimentar cidades, disse ele, além de usar movimentos do corpo para alimentar dispositivos vestíveis.

"Se você tem um robô humanóide e quer saber quais músculos se contraíram e se estão funcionando corretamente, você pode incorporar fibras muito finas de nossas colheitadeiras de twistron para que, quando o músculo mudar de dimensão, ele estique o twistron, o que gera eletricidade. ", disse Baughmann. "Essa eletricidade pode ser medida, o que pode dizer o quanto esse músculo mudou de dimensão".

Twistrons são construídos a partir de nanotubos de carbono, que são cilindros ocos de carbono 10.000 vezes menores em diâmetro do que um fio de cabelo humano. Os nanotubos são torcidos em fios leves e de alta resistência. Para tornar os fios altamente elásticos, os pesquisadores introduzem tanta torção que os fios se enrolam como um elástico torcido.

Os Materiais Avançados O artigo descreve como Wang e seus colegas melhoraram o desempenho dos twistrons incorporando várias inovações no processo de fabricação.

“O mecanismo básico desses twistrons é que, quando você os estica, os feixes de nanotubos de carbono individuais entram em contato uns com os outros, aumentando a densidade de elétrons no material, o que aumenta a saída de tensão”, disse Wang. "Com base nesse entendimento, descobrimos que otimizar o alinhamento dos nanotubos - a quantidade de área de superfície onde eles interagem - pode aumentar drasticamente a mudança de capacitância e aumentar drasticamente a saída de tensão".

Os pesquisadores também incorporaram o grafeno no processo de fabricação. O grafeno é uma folha de carbono 2D de um átomo de espessura.

"Começamos puxando uma folha de nanotubos de carbono de uma matriz de nanotubos alinhados verticalmente, chamada de floresta", disse Wang. "Nesses novos experimentos, adicionamos uma etapa:depositamos grafeno nessa folha e depois torcemos e enrolamos tudo em fios. Isso melhorou drasticamente a mudança de capacitância e a quantidade de eletricidade que podemos coletar dos twistrons resultantes".

Um processo de recozimento aprimorado também ajudou a aumentar a produção dos twistrons, disse Wang.

O alongamento dos novos fios twistron enrolados 30 vezes por segundo (30 hertz) gerou 3,19 quilowatts por quilograma de potência elétrica de pico, um aumento de doze vezes em relação aos valores mais altos relatados por outros pesquisadores para colheitadeiras de energia mecânica alternativas para frequências entre 0,1 hertz e 600 hertz.

A eficiência máxima de conversão de energia obtida com a versão mais recente do twistron foi 7,2 vezes maior que a dos twistrons anteriores, disse Baughman. Os pesquisadores solicitaram uma patente sobre a tecnologia. + Explorar mais

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