dc.creator | Moreira, Kelly Schneider | |
dc.date.accessioned | 2023-11-29T17:08:46Z | |
dc.date.available | 2023-11-29T17:08:46Z | |
dc.date.issued | 2023-10-25 | |
dc.identifier.uri | http://repositorio.ufsm.br/handle/1/30730 | |
dc.description.abstract | The 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.sponsorship | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES | por |
dc.language | por | por |
dc.publisher | Universidade Federal de Santa Maria | por |
dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International | * |
dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ | * |
dc.subject | Triboeletricidade | por |
dc.subject | Flexoeletricidade | por |
dc.subject | Higroeletricidade | por |
dc.subject | Transdutores de energia | por |
dc.subject | Materiais funcionais | por |
dc.subject | Triboelectricity | eng |
dc.subject | Flexoelectricity | eng |
dc.subject | Higroelectricity | eng |
dc.subject | Energy transducers | eng |
dc.subject | Functional materials | eng |
dc.title | Materiais funcionais de baixo custo como transdutores de energia: triboeletricidade, flexoeletricidade e higroeletricidade | por |
dc.title.alternative | Low cost functional materials as energy transducers: triboelectricity, flexoelectricity and hygroelectricity | eng |
dc.type | Tese | por |
dc.description.resumo | 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. | por |
dc.contributor.advisor1 | Burgo, Thiago Augusto de Lima | |
dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/5737213839553155 | por |
dc.contributor.advisor-co1 | Piquini, Paulo Cesar | |
dc.contributor.referee1 | Cava, Carlos Eduardo | |
dc.contributor.referee2 | Leite, Daiani Canabarro | |
dc.contributor.referee3 | Kӧhler, Mateus Henrique | |
dc.contributor.referee4 | Domingues, Sergio Humberto | |
dc.creator.Lattes | http://lattes.cnpq.br/0179497029336729 | por |
dc.publisher.country | Brasil | por |
dc.publisher.department | Química | por |
dc.publisher.initials | UFSM | por |
dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Química | por |
dc.subject.cnpq | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA | por |
dc.publisher.unidade | Centro de Ciências Naturais e Exatas | por |