p (Phys.org) - Com uma batida do pé, Zhong Lin Wang acende mil lâmpadas LED - sem baterias ou cabo de alimentação. A corrente vem essencialmente da mesma fonte daquela minúscula faísca que salta da ponta do dedo até a maçaneta da porta quando você caminha pelo carpete em um frio, Dia seco. Wang e sua equipe de pesquisa aprenderam a colher esse poder e colocá-lo para funcionar. p Um professor do Instituto de Tecnologia da Geórgia, Wang está usando o que é tecnicamente conhecido como efeito triboelétrico para criar quantidades surpreendentes de energia elétrica esfregando ou tocando dois materiais diferentes. Ele acredita que a descoberta pode fornecer uma nova maneira de alimentar dispositivos móveis, como sensores e smartphones, capturando a energia mecânica que, de outra forma, seria desperdiçada em fontes como caminhar, o vento soprando, vibração, ondas do mar ou mesmo carros passando.

p Além de gerar energia, a tecnologia também pode fornecer um novo tipo de sensor autoalimentado, permitindo a detecção de vibrações, movimento, vazamentos de água, explosões - ou mesmo chuva caindo. A pesquisa foi apoiada por vários patrocinadores, incluindo o nacional Ciência Fundação; Departamento de Energia dos EUA; MANA, parte do Instituto Nacional de Materiais do Japão; Corporação coreana Samsung e a Academia Chinesa de Ciências. A pesquisa foi relatada em periódicos, incluindo ACS Nano , Materiais avançados , Angewandte Chemie , Energia e Ciências Ambientais , Nano Energia e Nano Letras .

p "Somos capazes de fornecer pequenas quantidades de energia portátil para os aplicativos móveis e de sensores de hoje, "disse Wang, professor da Regents na Escola de Ciência e Engenharia de Materiais da Georgia Tech. "Isso abre uma fonte de energia, colhendo energia de atividades de todos os tipos."

p Em sua forma mais simples, o gerador triboelétrico usa duas folhas de materiais diferentes, um um doador de elétrons, o outro, um aceitador de elétrons. Quando os materiais estão em contato, elétrons fluem de um material para outro. Se as folhas forem separadas, uma folha contém uma carga elétrica isolada pela lacuna entre eles. Se uma carga elétrica for conectada a dois eletrodos colocados nas bordas externas das duas superfícies, uma pequena corrente fluirá para equalizar as cargas.

p Repetindo continuamente o processo, uma corrente alternada pode ser produzida. Em uma variação da técnica, os materiais - polímeros flexíveis mais comumente baratos - produzem corrente se forem esfregados juntos antes de serem separados. Geradores que produzem corrente DC também foram construídos.

p "O fato de que uma carga elétrica pode ser produzida por triboeletrificação é bem conhecido, "Wang explicou." O que introduzimos é uma técnica de separação de lacunas que produz uma queda de tensão, o que leva a um fluxo de corrente na carga externa, permitindo que a carga seja usada. Este gerador pode converter energia mecânica aleatória de nosso ambiente em energia elétrica. "

p Desde sua primeira publicação sobre a pesquisa, Wang e sua equipe de pesquisa aumentaram a densidade de saída de energia de seu gerador triboelétrico por um fator de 100, 000 - relatando que um metro quadrado de material de camada única pode agora produzir até 300 watts. Eles descobriram que a densidade de potência do volume atinge mais de 400 quilowatts por metro cúbico com uma eficiência de mais de 50 por cento. Os pesquisadores expandiram a gama de técnicas de coleta de energia de "camisas de força" contendo bolsos do material gerador para palmilhas, assobios, pedais, tapetes de chão, mochilas e carros alegóricos balançando nas ondas do oceano.

p Eles aprenderam a aumentar a produção de energia aplicando padrões em escala de mícrons às folhas de polímero. A padronização aumenta efetivamente a área de contato e, portanto, aumenta a eficácia da transferência de carga.

p Wang e sua equipe descobriram acidentalmente o potencial de geração de energia do efeito triboelétrico enquanto trabalhavam em geradores piezoelétricos, que usam uma tecnologia diferente. A produção de um dispositivo piezoelétrico foi muito maior do que o esperado, e a causa da saída mais alta foi atribuída à montagem incorreta que permitiu que duas superfícies de polímero esfregassem uma na outra. Seis meses de desenvolvimento levaram ao primeiro artigo de jornal sobre o gerador triboelétrico em 2012.

p “Quando dois materiais estão em contato físico, a triboeletrificação ocorre, "disse Wang, que detém a cadeira Hightower na Escola de Ciência e Engenharia de Materiais da Georgia Tech. "Quando eles são separados, há uma distância de lacuna criada. Para equalizar a cobrança local, os elétrons precisam fluir. Estamos obtendo um fluxo de tensão e corrente surpreendentemente alta a partir disso. A partir de agora, descobrimos quatro modos básicos de geradores triboelétricos. "

p Desde a sua compreensão inicial das possibilidades para este efeito, A equipe de Wang expandiu os aplicativos. Eles agora podem produzir corrente a partir do contato entre água - água do mar, água da torneira e até mesmo água destilada - e uma superfície de polímero padronizada. Seu último artigo, publicado no jornal ACS Nano em novembro, descreveu a coleta de energia do touch pad de um laptop.

p Eles agora estão usando uma ampla variedade de materiais, incluindo polímeros, tecidos e até papéis. Os materiais são baratos, e pode incluir fontes como garrafas de bebidas recicladas. Os geradores podem ser feitos de polímeros quase transparentes, permitindo seu uso em touch pads e telas.

p Além de seu uso como fonte de energia, Wang também está usando o efeito triboelétrico para detecção sem uma fonte de alimentação externa. Porque os geradores produzem corrente quando são perturbados, eles podem ser usados ​​para medir mudanças nas taxas de fluxo, movimento repentino, ou até mesmo pingos de chuva caindo.

p "Se uma força mecânica for aplicada a esses geradores, eles irão produzir uma corrente elétrica e voltagem, "disse ele." Podemos medir essa corrente e voltagem como sinais elétricos para determinar a extensão da agitação mecânica. Esses sensores podem ser usados ​​para monitorar o tráfego, segurança, Ciência ambiental, aplicativos de infraestrutura e cuidados de saúde. "

p Para o futuro, Wang e sua equipe de pesquisa planejam continuar estudando os geradores e sensores para melhorar sua produção e sensibilidade. O tamanho do material pode ser aumentado, e várias camadas podem aumentar a produção de energia.

p "Todo mundo viu esse efeito, mas conseguimos encontrar aplicações práticas para ele, "disse Wang." É muito simples, e há muito mais que podemos fazer com isso. "