Uma amostra de borracha piezoelétrica. Crédito:Laboratórios Federais Suíços para Ciência e Tecnologia de Materiais
Pesquisadores da Empa desenvolveram um material flexível que gera eletricidade quando estressado. No futuro, pode ser usado como um sensor, integrado na roupa ou mesmo implantado no corpo humano, por exemplo, para alimentar um marca-passo.
Flexível, orgânico, thin - propriedades que geralmente não estão associadas a usinas de energia ou sensores. Mas um novo material desenvolvido pelos pesquisadores da Empa é exatamente isso:um fino, orgânico, filme flexível que gera eletricidade se esticado e comprimido. Esta película de borracha pode ser incorporada aos botões de controle, confecções, robôs ou mesmo pessoas, e monitorar atividades, registrar toques ou gerar eletricidade quando forçado a alimentar dispositivos implantados, como marca-passos, por exemplo.
Transformando movimento em eletricidade
Graças ao efeito piezoelétrico, a borracha especialmente projetada é capaz de converter movimentos mecânicos em cargas elétricas. O truque por trás da corrente gerada é a polarização interna, que muda quando o filme de borracha é tensionado mecanicamente.
Este efeito é usado em captadores de som em toca-discos analógicos, por exemplo:a agulha é guiada pelas ranhuras do disco de forma a gerar vibrações mecânicas. Em um cristal piezoelétrico, essas vibrações são convertidas em impulsos elétricos, que por sua vez pode ser amplificado e transformado em ondas sonoras.
O efeito piezoelétrico foi descoberto em cristais pelos irmãos Jacques e Pierre Curie em 1880. Durante a realização de experimentos com cristais de turmalina, eles descobriram que cargas elétricas eram produzidas durante a deformação mecânica na superfície dos cristais. Isso se deve aos dipolos na estrutura cristalina resultantes da deformação. As primeiras aplicações foram transdutores ultrassônicos piezoelétricos e osciladores de cristal para estabilização de frequência. Isso deu origem ao primeiro relógio de quartzo nos Laboratórios Bell nos Estados Unidos em 1928. As piezo-cerâmicas industrialmente fabricadas geralmente compreendem titanato de zircônio de chumbo (PZT). Crédito:Wikipedia
Por muito tempo, o efeito piezoelétrico só era conhecido por cristais. Como são pesados e sólidos, o efeito só pode ser usado em certas aplicações. Contudo, A pesquisadora da Empa Dorina Opris e seus colegas agora conseguiram dar aos elastômeros propriedades piezoelétricas. No entanto, o novo material não é fácil de produzir. A borracha é um material compósito feito de nanopartículas polares e um elastômero (silicone no protótipo). Em primeiro lugar, Yee Song Ko, estudante de doutorado na Empa, tem que moldar os dois materiais antes de conectá-los. Isso resulta em um fino, filme elástico, em que as porções polares das nanopartículas ainda são orientadas aleatoriamente.
Para criar um material piezoelétrico, Song Ko tem que introduzir uma polarização interna usando um forte campo elétrico. Para alcançar isto, o filme é aquecido até que a temperatura de transição vítrea das nanopartículas tenha sido excedida e elas mudem de um sólido, estado vítreo em borracha, viscoso. Sob estas condições, as metades polares são orientadas pelo campo elétrico. A orientação alcançada é eventualmente congelada pelo resfriamento do material à temperatura ambiente.
Partes do corpo como uma usina de energia
Há uma grande variedade de aplicações potenciais para o novo filme de borracha. Pode ser usado para construir sensores de pressão, por exemplo. Se o material for comprimido, um impulso elétrico é produzido que pode ser recebido e "compreendido" por dispositivos. Isso pode ser usado para desenvolver um novo tipo de botões de controle, mas também uma pele sensível para robôs que podem sentir (pressão) toques. Além disso, o filme pode ser útil em roupas para monitorar as atividades do usuário ou gerar eletricidade a partir de seus movimentos. "Este material provavelmente poderia até ser usado para obter energia do corpo humano, "diz Opris." Você poderia implantá-lo perto do coração para gerar eletricidade a partir do batimento cardíaco, por exemplo. "Isso pode alimentar marca-passos ou outros dispositivos implantados, eliminando a necessidade de operações invasivas para trocar a bateria.
