p Os pesquisadores descobriram outra maneira de colher pequenas quantidades de eletricidade do movimento no mundo ao nosso redor - desta vez, capturando a carga elétrica produzida quando dois tipos diferentes de materiais plásticos esfregam um contra o outro. Com base em materiais poliméricos flexíveis, este gerador "triboelétrico" poderia fornecer corrente alternada (CA) de atividades como caminhada. p O gerador triboelétrico poderia complementar a energia produzida por nanogeradores que usam o efeito piezoelétrico para criar corrente a partir da flexão de nanofios de óxido de zinco. E porque esses geradores triboelétricos podem ser quase transparentes, eles podem oferecer uma nova maneira de produzir sensores ativos que podem substituir a tecnologia agora usada para telas de dispositivos sensíveis ao toque.

p "O fato de que uma carga elétrica pode ser produzida por meio desse princípio é bem conhecido, "disse Zhong Lin Wang, um professor regente da Escola de Ciência e Engenharia de Materiais do Instituto de Tecnologia da Geórgia. "O que apresentamos é uma técnica de separação de gap que produz uma queda de tensão, o que leva a um fluxo de corrente, permitindo que a carga seja usada. Este gerador pode converter energia mecânica aleatória de nosso ambiente em energia elétrica. "

p A pesquisa foi financiada pela National Science Foundation, o Departamento de Energia e a Força Aérea dos EUA. Os detalhes foram relatados na edição de junho da revista Nano Letras . Além de Wang, autores do artigo incluíram Feng-Ru Fan, Long Lin, Guang Zhu, Wenzhuo Wu e Rui Zhang da Georgia Tech. Fan também é afiliado ao Laboratório Estadual de Química Física de Superfícies Sólidas da Universidade de Xiamen, na China.

p O gerador triboelétrico opera quando uma folha de poliéster esfrega contra uma folha de polidimetisiloxano (PDMS). O poliéster tende a doar elétrons, enquanto o PDMS aceita elétrons. Imediatamente após as superfícies do polímero esfregarem, eles são separados mecanicamente, criando um espaço de ar que isola a carga na superfície do PDMS e forma um momento de dipolo.

p Se uma carga elétrica for conectada entre as duas superfícies, uma pequena corrente fluirá para equalizar o potencial de carga. Esfregando continuamente as superfícies e, em seguida, separando-as rapidamente, o gerador pode fornecer uma pequena corrente alternada. Uma deformação externa é usada para pressionar as superfícies juntas e deslizá-las para criar o movimento de fricção.

p "Para que isso funcione, você tem que usar dois tipos diferentes de materiais para criar os diferentes eletrodos, "Wang explicou." Se você esfregar superfícies feitas do mesmo material, você não consegue o diferencial de carga. "

p A técnica também poderia ser usada para criar um sensor de pressão ativo autoalimentado muito sensível para uso potencial com sistemas eletrônicos orgânicos ou optoeletrônicos. A força de uma pena ou gota d'água tocando a superfície do gerador triboelétrico produz uma pequena corrente que pode ser detectada para indicar o contato. Os sensores podem detectar pressão tão baixa quanto cerca de 13 milipascais.

p Como os dispositivos podem ser feitos com aproximadamente 75 por cento de transparência, eles poderiam ser usados ​​em telas sensíveis ao toque para substituir os sensores existentes. "Geradores transparentes podem ser fabricados em praticamente qualquer superfície, "disse Wang." Esta técnica poderia ser usada para criar sensores transparentes muito sensíveis que não exigiriam energia da bateria de um dispositivo. "

p Embora superfícies lisas esfregando gerem carga, Wang e sua equipe de pesquisa aumentaram a produção atual usando superfícies micro-padronizadas. Eles estudaram três tipos diferentes de padronização de superfície - linhas, cubos e pirâmides - e descobriram que colocar formas de pirâmide em uma das superfícies de atrito gerava a maior parte da corrente elétrica:até 18 volts em cerca de 0,13 microamperes por centímetro quadrado.

p Wang disse que a padronização aumentou a capacidade de geração, aumentando a quantidade de carga formada, melhorando a mudança de capacitância devido aos vazios de ar criados entre os padrões, e facilitando a separação de carga.

p Para fabricar os geradores triboelétricos, os pesquisadores começaram criando um molde de um wafer de silício no qual os padrões de aumento de fricção são formados usando fotolitografia tradicional e um processo de gravação a seco ou úmido. Os moldes, em que as características dos padrões são formadas no recesso, foram então tratados com um produto químico para evitar que o PDMS grudasse.

p O elastômero PDMS líquido e o reticulador foram então misturados e revestidos por rotação no molde, e após a cura térmica, descascado como uma película fina. O filme PDMS com padronização foi então fixado em uma superfície de eletrodo feito de óxido de índio e estanho (ITO) revestido com tereftalato de polietileno (PET) por uma camada de ligação de PDMS fina. Toda a estrutura foi então coberta com outro filme PET revestido com ITO para formar uma estrutura em sanduíche.

p “Todo o processo de preparação é simples e de baixo custo, tornando possível ser escalado para produção em grande escala e aplicações práticas, "Disse Wang.

p Os geradores são robustos, continuando a produzir corrente mesmo após dias de uso - e mais de 100, 000 ciclos de operação, Disse Wang. O próximo passo da pesquisa será criar sistemas que incluam mecanismos de armazenamento para a corrente gerada.

p "O atrito está em toda parte, então este princípio pode ser usado em muitas aplicações, " Wang added. "We are combining our earlier nanogenerator and this new triboelectric generator for complementary purposes. The triboelectric generator won't replace the zinc oxide nanogenerator, but it has its own unique advantages that will allow us to use them in parallel."