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dc.creatorMoreira, Kelly Schneider
dc.date.accessioned2023-11-29T17:08:46Z
dc.date.available2023-11-29T17:08:46Z
dc.date.issued2023-10-25
dc.identifier.urihttp://repositorio.ufsm.br/handle/1/30730
dc.description.abstractThe growing energy demand worldwide in recent decades and the limited availability of fossil fuels and global warming have made the search for new sustainable and environmentally friendly energy sources one of society's greatest challenges. Devices developed for energy harvesting show promising features able to supply low-density devices, such as the Internet of things and wearable electronics. The electrostatic phenomena triboelectricity, flexoelectricity and hydroelectricity have been inserted in this context to supply the energetic demand in daily life. The triboelectricity generates electric charges during the friction/contact between surfaces. On the other hand, flexoelectricity is related to the electric polarization induced in a material that undergoes mechanical bending and vice versa. Finally, the most recently discovered phenomenon is hygroelectricity. From this phenomenon, material is able to generate energy from atmospheric humidity in view of the asymmetric partition of ions from the autoionization of water molecules, which adsorb at a solid-vapor/gas interface. Triboelectric, flexoelectric, and hygroelectric generators have been extensively studied and are able to collect considerable energy from anthropic and natural environments. Indeed, the advances in these electrostatic areas suggest that demo units will appear soon, but it will not be possible using devices built from costly materials and process. In this work, low-cost devices were developed to act as energy transducers based on tribo, flexo, and hygroelectric phenomena. The triboelectric device was built from recycled carton packaging and showed voltage and current of 150 V and  0.3 µA, respectively. The flexoelectric device developed from graphite nanostructured and natural rubber showed applicability as a tactile and force sensor. The results obtained from the flexoelectric device demonstrated that it can identify and distinguish tactile stimuli, such as friction, twist, and touch. Finally, the hygroelectric device built from nanostructured graphite, kraft paper, and aluminum showed great efficiency, and one cell of 2.5 x 2.5 cm² reached 1 V and 0.12 A. It was possible to turn on many high brightness LEDs hygroelectric device through series connections. The devices showed in this thesis were made with low-cost materials and simple and scalable processes.eng
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESpor
dc.languageporpor
dc.publisherUniversidade Federal de Santa Mariapor
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/*
dc.subjectTriboeletricidadepor
dc.subjectFlexoeletricidadepor
dc.subjectHigroeletricidadepor
dc.subjectTransdutores de energiapor
dc.subjectMateriais funcionaispor
dc.subjectTriboelectricityeng
dc.subjectFlexoelectricityeng
dc.subjectHigroelectricityeng
dc.subjectEnergy transducerseng
dc.subjectFunctional materialseng
dc.titleMateriais funcionais de baixo custo como transdutores de energia: triboeletricidade, flexoeletricidade e higroeletricidadepor
dc.title.alternativeLow cost functional materials as energy transducers: triboelectricity, flexoelectricity and hygroelectricityeng
dc.typeTesepor
dc.description.resumoA 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.por
dc.contributor.advisor1Burgo, Thiago Augusto de Lima
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/5737213839553155por
dc.contributor.advisor-co1Piquini, Paulo Cesar
dc.contributor.referee1Cava, Carlos Eduardo
dc.contributor.referee2Leite, Daiani Canabarro
dc.contributor.referee3Kӧhler, Mateus Henrique
dc.contributor.referee4Domingues, Sergio Humberto
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/0179497029336729por
dc.publisher.countryBrasilpor
dc.publisher.departmentQuímicapor
dc.publisher.initialsUFSMpor
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Químicapor
dc.subject.cnpqCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICApor
dc.publisher.unidadeCentro de Ciências Naturais e Exataspor


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