Cerâmica flexível capta múltiplas fontes de energia

Redação do Site Inovação Tecnológica 

Um processo criativo de fabricação aumentou em 10 vezes a capacidade de geração de eletricidade.[Imagem: Wang Lab/Penn State]

Piezoelétrico flexível

Uma espuma cerâmica piezoelétrica sintetizada sobre um suporte flexível de plástico apresentou um aumento de 10 vezes na capacidade de colher energia mecânica e térmica em relação aos compósitos piezoelétricos padrão - os materiais piezoelétricos coletam essas formas de energia e as convertem em eletricidade.

Este é um feito longamente buscado no campo da colheita de energia, já que a flexibilidade dá um novo nível de aplicações para os materiais piezoelétricos.

"As cerâmicas duras no polímero macio são como pedras na água. Você pode bater na superfície da água, mas pouca força é transferida para as pedras. Nós chamamos essa capacidade de transferência de tensão," explicou o professor Qing Wang, da Universidade do Estado da Pensilvânia, nos EUA.

Até agora, tem-se usado fios piezoelétricos montados sobre matrizes de polímero, mas essa estrutura é ineficiente porque a força mecânica dirigida ao material piezoelétrico acaba absorvida pelo polímero.

Molde plástico

O ingrediente secreto para superar essa incompatibilidade acabou sendo uma espuma barata de poliuretano, que pode ser comprada em lojas de materiais de construção.

As saliências do poliuretano, pequenas e uniformes, servem como molde para a formação da microestrutura da cerâmica piezoelétrica, que é aplicada em forma de nanopartículas dispersas em solução. Quando o molde e a solução são aquecidos a uma temperatura suficientemente alta, o poliuretano se queima e a solução cristaliza em uma espuma sólida muito uniforme. Depois de esfriar, os buracos na cerâmica são preenchidos com polímero.

O material pode ser usado em qualquer situação onde haja uma força mecânica de qualquer tipo - seja vibração, puxamento, compressão etc. - ou uma fonte de calor.

"Este composto 3-D tem uma saída de energia muito maior em diferentes modos. Podemos esticá-lo, dobrá-lo, pressioná-lo. E, ao mesmo tempo, ele pode ser usado como um coletor de energia piroelétrico se houver um gradiente de temperatura de pelo menos alguns graus," disse o professor Wang.

A expectativa da equipe é que sua espuma geradora de energia possa ser usada para recarregar aparelhos eletrônicos portáteis e sensores para monitoramento da saúde.

Bibliografia:

Flexible three-dimensional interconnected piezoelectric ceramic foam based composites for highly efficient concurrent mechanical and thermal energy harvesting
Guangzu Zhang, Peng Zhao, Xiaoshan Zhang, Kuo Han, Tiankai Zhao, Yong Zhang, Chang Kyu Jeong, Shenglin Jiang, Sulin Zhang, Qing Wang
Energy & Environmental Science
DOI: 10.1039/C8EE00595H