Com o início da era da Internet das Coisas (IoT), os dispositivos aprenderam a se comunicar e trocar dados. Isso é obtido por meio de sensores instalados em objetos físicos, máquinas e equipamentos. Os sensores podem detectar mudanças nos eventos. No entanto, a necessidade de fornecimento contínuo de energia para esses sensores representa um desafio. As baterias são volumosas, caras e não são ecologicamente corretas. Além disso, eles precisam ser constantemente substituídos ou recarregados.
Consequentemente, há uma demanda por fontes de energia sustentáveis ​​e renováveis ​​para substituir as baterias. O nanogerador triboelétrico (TENG) é um desses dispositivos. Simplificando, os TENGs convertem energia mecânica em energia elétrica. Sua alta eficiência energética, compatibilidade com materiais prontamente disponíveis e baixo custo os tornam um candidato promissor para alimentar sensores.

Apesar de tais vantagens, no entanto, os TENGs atuais são limitados por uma baixa corrente de saída. Mas aumentar a corrente de saída exigiria equipamentos maiores, impossibilitando o uso em dispositivos pequenos. Existe uma maneira de contornar essa troca?

Uma equipe de pesquisa liderada pelo Professor Associado Sangmin Lee, da Universidade Chung-Ang, na Coréia, já abordou essa questão. "Nosso laboratório está interessado em design de TENG de alta potência e sensores autoalimentados baseados em TENG. Procuramos abordar a limitação dos TENGs atuais para que eles pudessem ser usados ​​para realizar fontes de energia portáteis na prática", diz o Dr. Lee, explicando sua motivação por trás do estudo, que foi publicado em Advanced Energy Materials . O estudo será destaque na capa da próxima edição.

A equipe desenvolveu um novo dispositivo em seu estudo chamado "TENG de vibração vertical acionada por inalação" (IVF-TENG) que exibe uma saída de corrente amplificada. "A respiração atua como uma entrada mecânica contínua e pode ser usada para operar TENGs. TENGs de vibração de filme são dispositivos acionados por respiração que podem gerar uma saída elétrica contínua a partir de uma entrada de respiração extremamente pequena, explorando o fenômeno de vibração resultante de vibrações induzidas pelo fluxo de ar ", explica o Dr. Lee.

O FIV-TENG é composto por um eletrodo de entrada de alumínio (Al), uma folha dielétrica aeroelástica (poliimida) e um eletrodo de saída de Al. A folha aeroelástica possui quatro segmentos com quatro fendas e está sujeita a um comportamento de vibração vertical causado pelo fluxo de ar. Isso torna o FIV-TENG proposto diferente dos TENGs existentes.

A equipe investigou os mecanismos elétricos e mecânicos da FIV-TENG. Eles descobriram que o IVF-TENG gerou uma tensão elétrica contínua de alta frequência (17 V) e uma corrente de circuito fechado de 1,84 μA durante a inalação, e uma tensão de descarga eletrostática de 456 V e corrente de saída de circuito fechado de 288 mA na início e fim de cada ciclo inspiratório.

Eles demonstraram ainda que o IVF-TENG pode alimentar continuamente 130 LEDs em série e 140 LEDs em paralelo em cada inalação. Além disso, ele pode carregar um capacitor de 660 𝜇F para, por sua vez, alimentar um rastreador Bluetooth e fornecer seu sinal a um smartphone. Essas propriedades demonstraram o potencial de aplicação do FIV-TENG em eletrônicos portáteis e transmissão de dados sem fio.

Além disso, os pesquisadores integraram o IVF-TENG em uma máscara de gás e demonstraram sua capacidade de monitorar o padrão respiratório do usuário observando a forma de onda da resposta de saída. Além disso, ele pode detectar agentes de guerra química como cloreto de cianogênio, sarin e dimetil metilfosfonato (DMMP), mostrando seu potencial para uso durante emergências. "Como as máscaras de gás são amplamente utilizadas em emergências como incêndio e exposição a gases químicos, nos concentramos na aplicação de TENG a uma máscara de gás. Acreditamos que a FIV-TENG pode ser usada como um sensor autoalimentado em tais cenários", diz o Dr. Lee . + Explorar mais

Nanogerador triboelétrico inspirado em alavanca com saída ultra-alta para monitoramento de pulso