Nova máxima

Universidade do Texas em Dallas

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Pesquisadores da Universidade do Texas em Dallas (UTD) e seus colegas desenvolveram um novo e aprimorado tipo de fio de alta tecnologia chamado "twistrons", que gera eletricidade quando esticado ou torcido, de acordo com um comunicado de imprensa da instituição publicado na quinta-feira.

A nova inovação é muito parecida com a lã tradicional ou o fio de algodão, só que tem a capacidade de converter o movimento mecânico em eletricidade. A descoberta não é inteiramente nova. Foi descrito pela primeira vez por pesquisadores da UTD em um estudo publicado em 2017, mas esta nova versão melhora a original por ser significativamente mais eficiente.

Essas versões anteriores de twistrons eram altamente elásticas e podiam gerar eletricidade sendo repetidamente esticadas e soltas ou torcidas e destorcidas.

No entanto, no novo estudo, a equipe de pesquisa não torceu as fibras a ponto de enrolar, concentrando-se em entrelaçar três fios individuais de fibras de nanotubos de carbono fiados para fazer um único fio.

"Os fios dobrados usados ​​em têxteis normalmente são feitos com fios individuais que são torcidos em uma direção e depois dobrados juntos na direção oposta para fazer o fio final", disse o Dr. Ray Baughman, diretor do Alan G. MacDiarmid NanoTech Institute em UT Dallas e o autor correspondente do estudo.

"Esta construção heteroquiral fornece estabilidade contra destorção."

"Em contraste, nossos twistrons dobrados de nanotubos de carbono de mais alto desempenho têm a mesma disposição de torção e dobra - eles são homoquirais em vez de heteroquirais", disse Baughman, Robert A. Welch Distinguished Chair em Química na Escola de Ciências Naturais Ciências e Matemática.

Universidade do Texas em Dallas

Os pesquisadores então testaram os novos fios por meio de experimentos e descobriram que eles demonstraram uma eficiência de conversão de energia de 17,4 por cento para colheita de energia de tração (alongamento) e 22,4 por cento para colheita de energia de torção (torção). Isso foi significativamente mais do que os modelos mais antigos (7,6 por cento).

“Esses twistrons têm uma potência mais alta por peso da colheitadeira em uma ampla faixa de frequência – entre 2 Hz e 120 Hz – do que o relatado anteriormente para qualquer colheitadeira de energia mecânica baseada em material não twistron”, disse Baughman.

Baughman explicou que sua equipe conseguiu acentuar o desempenho dos twistrons dobrados introduzindo uma compressão lateral do fio ao esticar ou torcer. Este novo processo permite que as camadas entrem em contato umas com as outras de uma forma que afeta as propriedades elétricas do fio.

"Nossos materiais fazem algo muito incomum", afirmou Baughman.

"Quando você os estica, em vez de se tornarem menos densos, eles se tornam mais densos. Essa densificação aproxima os nanotubos de carbono e contribui para sua capacidade de captação de energia."

"Temos uma grande equipe de teóricos e experimentalistas tentando entender mais completamente por que obtemos resultados tão bons", acrescentou.

Os novos fios também podem ser usados ​​para detectar e captar o movimento humano. Em um experimento, a equipe costurou os fios em um pedaço de tecido de algodão que foi enrolado no cotovelo de uma pessoa. Sinais elétricos foram gerados quando a pessoa dobrou repetidamente o cotovelo.

Os pesquisadores já solicitaram uma patente. O estudo foi publicado na revista Nature Energy.

Métodos aprimorados são necessários para a colheita de energia mecânica. Fios de nanotubos de carbono enrolados, denominados twistrons, usam mudanças induzidas por estiramento na capacitância eletroquímica para converter energia mecânica em eletricidade. O alongamento do fio produz proporções de Poisson laterais tão grandes que os fios são altamente densificados por estiramento, o que contribui para a colheita. Aqui relatamos twistrons dobrados, em vez de enrolados, que aumentam a eficiência de conversão de energia dos fios de 7,6% para 17,4% para estiramento e para 22,4% para torção. Isso é atribuído a mecanismos de colheita adicionais por estiramento do fio e deformações laterais. Para colheita entre 2 e 120 Hz, nosso twistron dobrado tem potência de pico gravimétrica e potência média mais altas do que as relatadas para colheitadeiras de energia mecânica baseadas em material não twistron. Costuramos os twistrons em tecidos para detectar e colher o movimento humano, implantá-los em água salgada para colher a energia das ondas do mar e usá-los para carregar supercapacitores.