Materiais funcionais de baixo custo como transdutores de energia: triboeletricidade, flexoeletricidade e higroeletricidade
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Data
2023-10-25Primeiro coorientador
Piquini, Paulo Cesar
Primeiro membro da banca
Cava, Carlos Eduardo
Segundo membro da banca
Leite, Daiani Canabarro
Terceiro membro da banca
Kӧhler, Mateus Henrique
Quarto membro da banca
Domingues, Sergio Humberto
Metadata
Mostrar registro completoResumo
A crescente demanda energética a nível mundial das últimas décadas somada a
limitada disponibilidade de combustíveis fósseis e ao aquecimento global, fez com que
a busca por novas fontes de energia sustentáveis e ambientalmente corretas se
tornasse um dos maiores desafios atuais da sociedade. Dispositivos desenvolvidos
para a colheita de energia (do inglês, Energy harvesting) apresentam características
promissoras capazes de suprir dispositivos de baixa potência, como Internet das
Coisas (IoT, do inglês Internet of things) e eletrônicos vestíveis. Os fenômenos
eletrostáticos de triboeletricidade, flexoeletricidade e higroeletricidade têm se inserido
neste contexto para suprir a demanda energética no cotidiano. A triboeletricidade diz
respeito a formação de cargas elétricas durante o atrito/contato entre superfícies. Por
outro lado, a flexoeletricidade está relacionada com a polarização elétrica que é
induzida em um material que sofre flexão mecânica e vice-versa. Por fim, o fenômeno
mais recentemente descoberto é a higroeletricidade. A partir deste fenômeno, um
material é capaz de gerar energia a partir da umidade atmosférica, tendo em vista a
partição assimétrica dos íons provenientes da autoionização das moléculas de água,
que se adsorvem em uma interface sólido-vapor/gás. Geradores triboelétricos,
flexoelétrico e higroelétricos têm sido bastante estudados e são capazes de coletar
energia considerável a partir de ambientes antrópicos ou naturais. De fato, o avanço
nessas áreas da eletrostática sugere que unidades de demonstração irão aparecer
em breve, mas isso não será possível utilizando dispositivos construídos a partir de
materiais e processos de alto custo. Neste trabalho, foram desenvolvidos dispositivos
de baixo custo para atuarem como transdutores de energia tendo por base os
fenômenos tribo, flexo e higroelétricos. O dispositivo triboelétrico foi construído a partir
de embalagens cartonadas recicladas (GT-ECR), e apresentou tensão e corrente de
saída de aproximadamente 150 V e 0,3 µA, respectivamente. O dispositivo
flexoelétrico desenvolvido a partir de nanoestruturas de grafite e borracha natural (DFGB) demonstrou a sua aplicabilidade como sensor tátil e de peso. Os resultados
obtidos a partir do DF-GB demonstraram que ele é capaz de identificar e distinguir
estímulos táteis, tais como fricção, torção e toque. Por fim, o dispositivo higroelétrico
construído a partir de nanoestrutura de grafite, papel kraft e alumínio (GH-GAl),
apresentou alta eficiência energética, onde uma célula de 2,5 x 2,5 cm² atinge 1 V e
0,12 A. Realizando conexões em série, foi possível acender diversos LEDs de alto
brilho a partir do dispositivo higroelétrico. Os dispositivos apresentados nessa tese,
além de terem sido desenvolvidos a partir de materiais de baixo custo, também
empregam processos simples e escalonáveis.
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