A autonomia é um recurso muito esperado dos microssistemas de próxima geração, como sensores remotos, dispositivos eletrônicos vestíveis, biossensores implantáveis ​​e nanorrobôs. Pesquisadores da KAUST liderados por Husam Alshareef, Jr-Hau He e Khaled Salama desenvolveram pequenos dispositivos autônomos integrando unidades de energia sem manutenção que produzem e usam seu próprio combustível em vez de depender de uma fonte de energia externa.

Nanogeradores triboelétricos (TENGs) capturam energia mecânica de seus arredores, como vibrações e movimentos aleatórios produzidos por humanos, e convertê-lo em eletricidade. Nestes geradores minúsculos, o contato friccional entre materiais de polaridade diferente cria superfícies com cargas opostas. O atrito repetido faz com que os elétrons saltem entre essas superfícies, resultando em tensão elétrica.

"Exploramos esse efeito triboelétrico para colher energia de movimentos simples, como bater palmas, toque de dedo e movimento rotineiro da mão, para acionar diferentes tipos de sensores, "diz Alshareef.

Os pesquisadores desenvolveram um fotodetector autoalimentado acoplando o polímero à base de silicone polidimetilsiloxano (PDMS) como um TENG com um material chamado perovskita de haleto organometálico. O material à base de haleto de chumbo apresenta propriedades optoeletrônicas que são desejáveis ​​em células solares e diodos emissores de luz.

Para simplificar seu projeto e eliminar a necessidade de um atuador de movimento, Sua equipe fabricou o fotodetector usando duas folhas de polímero multicamadas separadas por uma pequena lacuna. Uma folha continha o filme ultrafino de perovskita, enquanto a outra continha uma camada de PDMS. A lacuna permitiu à equipe aproveitar o efeito triboelétrico quando o dispositivo foi ativado por toque de dedo.

"O dispositivo com alimentação própria mostrou excelente capacidade de resposta à luz incidente, especialmente quando exposto à luz de baixa intensidade, "diz Mark Leung, o principal autor do estudo fotodetector. Por causa de seus componentes de polímero flexíveis e transparentes, também manteve seu desempenho após ser dobrado 1, 000 vezes e independentemente da orientação da luz incidente.

Empurrando os limites ainda mais, os pesquisadores desenvolveram uma pulseira autoalimentada vestível que pode armazenar a energia mecânica convertida combinando um nanogerador de silicone embutido em fibra de carbono com microssupercapacitores MXene².

Eles incorporaram nanogeradores e capacitores eletroquímicos miniaturizados em um único dispositivo monolítico envolto em borracha de silicone. O invólucro esticável e à prova de vazamentos fornecia uma pulseira flexível e macia que se adaptava totalmente ao corpo. As flutuações na separação pele-silicone alteraram o equilíbrio de carga entre os eletrodos, fazendo com que os elétrons fluam para frente e para trás através do TENG e o microssupercapacitor carregue.

Além de apresentar um ciclo de vida mais longo e curto tempo de carregamento, Os microssupercapacitores MXene podem acumular mais energia em uma determinada área do que filme fino e micro-baterias, oferecendo unidades de armazenamento de energia em pequena escala mais rápidas e eficazes para a eletricidade gerada pelo TENG. Quando ativo, a pulseira pode usar a energia armazenada para operar vários dispositivos eletrônicos, como relógios e termômetros.

"Nosso objetivo final é desenvolver uma plataforma de sensor com alimentação própria para monitoramento de saúde personalizado, "diz o estudante de doutorado Qiu Jiang, o autor principal do projeto da faixa de carregamento automático. A equipe agora está planejando introduzir sensores no sistema para detectar biomarcadores no suor humano.