Uma imagem de microscópio eletrônico mostra uma seção transversal de um compósito de grafeno e poliimida induzido por laser criado na Rice University para uso como um nanogerador triboelétrico. Os dispositivos são capazes de transformar movimento em energia que pode ser armazenada para uso posterior. Crédito:Tour Group / Rice University
Dispositivos vestíveis que coletam energia do movimento não são uma ideia nova, mas um material criado na Rice University pode torná-los mais práticos.
O laboratório do químico James Tour, do Rice, adaptou o grafeno induzido por laser (LIG) em pequenos dispositivos sem metal que geram eletricidade. Como esfregar um balão no cabelo, colocar os compostos LIG em contato com outras superfícies produz eletricidade estática que pode ser usada para alimentar dispositivos.
Por isso, agradecer o efeito triboelétrico, por meio do qual os materiais acumulam uma carga por meio do contato. Quando eles são colocados juntos e separados, acumulam-se cargas superficiais que podem ser canalizadas para a geração de energia.
Em experimentos, os pesquisadores conectaram uma tira dobrada de LIG a uma série de diodos emissores de luz e descobriram que bater na tira produzia energia suficiente para fazê-los piscar. Um pedaço maior de LIG embutido em um flip-flop permite que o usuário gere energia a cada passo, como o contato repetido do composto de grafeno com a pele produziu uma corrente para carregar um pequeno capacitor.
"Esta poderia ser uma forma de recarregar pequenos dispositivos apenas usando o excesso de energia dos golpes de calcanhar durante a caminhada, ou movimentos de balanço do braço contra o torso, "Tour disse.
O pesquisador de pós-doutorado da Rice University, Michael Stanford, segura um flip-flop com um nanogerador triboelétrico, com base em grafeno induzido por laser, preso ao calcanhar. Andar com o flip-flop gera eletricidade com contato repetido entre o gerador e a pele do usuário. Stanford conectou o dispositivo para armazenar energia em um capacitor. Crédito:Jeff Fitlow / Rice University
O projeto é detalhado na revista American Chemical Society. ACS Nano .
LIG é uma espuma de grafeno produzida quando produtos químicos são aquecidos na superfície de um polímero ou outro material com um laser, deixando apenas flocos interconectados de carbono bidimensional. O primeiro laboratório fez LIG em poliimida comum, mas estendeu a técnica às plantas, Comida, papel e madeira tratados.
O laboratório virou poliimida, cortiça e outros materiais em eletrodos LIG para ver como eles produzem energia e resistem ao desgaste. Eles obtiveram os melhores resultados de materiais nas extremidades opostas da série triboelétrica, que quantifica sua capacidade de gerar carga estática por eletrificação de contato.
Na configuração dobrável, LIG da poliimida tribo-negativa foi pulverizada com um revestimento protetor de poliuretano, que também serviu como um material tribo-positivo. Quando os eletrodos foram reunidos, elétrons transferidos para a poliimida do poliuretano. O contato e a separação subsequentes geraram cargas que poderiam ser armazenadas por meio de um circuito externo para reequilibrar a carga estática acumulada. O dobramento LIG gerou cerca de 1 quilovolt, e permaneceu estável após 5, 000 ciclos de dobra.
A melhor configuração, com eletrodos do composto de poliimida-LIG e alumínio, produziu tensões acima de 3,5 quilovolts com uma potência de pico de mais de 8 miliwatts.
"O nanogerador embutido em um flip-flop foi capaz de armazenar 0,22 milijoules de energia elétrica em um capacitor após uma caminhada de 1 quilômetro, "disse o pesquisador de pós-doutorado de Rice, Michael Stanford, autor principal do artigo. "Esta taxa de armazenamento de energia é suficiente para alimentar sensores vestíveis e eletrônicos com o movimento humano."
