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Nanogeneradores: as coisas mais inteligentes que você nunca viu

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Avanços incríveis em nanotecnologia, incluindo eletrônicos biomédicos e vestíveis, exigem inovações em fontes de energia adequadas. A tecnologia de nanogeradores está surgindo para atender a essa necessidade.

O que são nanogeradores

A palavra nano significa bilionésimo, então um nanômetro é um bilionésimo de um metro. Este é o minúsculo mundo em que operam os nanogeradores, visível apenas através de microscópios de alta potência. A geração de energia nesta escala requer métodos especializados de captação de energia. Os três tipos de nanogeradores atualmente em desenvolvimento por pesquisadores ao redor do mundo são piezoelétricos, triboelétricos e piroelétricos. Então, como essas pequenas maravilhas funcionam?

Nanogeradores piezoelétricos

[Fonte da imagem: Wikimedia]

Nanogeradores piezoelétricos utilizam o efeito piezoelétrico para gerar eletricidade. Da palavra grega piezein, significando pressione, o efeito piezoelétrico descreve a criação de um campo elétrico em resposta à deformação da estrutura cristalina do material. Isso ocorre devido à mudança na posição relativa das moléculas polarizadas dentro da estrutura. A deformação pode ocorrer pela aplicação de pressão direta ou por vibração.

Nanogeradores triboelétricos

[Fonte da imagem: Wikimedia]

O efeito triboelétrico governa a operação de nanogeradores triboelétricos. De outra palavra grega tribo, significando esfregar, o efeito triboelétrico é o fenômeno pelo qual os elétrons são transferidos de um material para outro por meio do contato, criando uma diferença no potencial elétrico entre as duas superfícies.

Nanogeradores piroelétricos

Como seria de esperar, os nanogeradores piroelétricos utilizam - adivinhou - o efeito piroelétrico. Este efeito descreve a geração de uma tensão por meio de um diferencial de calor. A geração de voltagem ocorre em certos materiais quando eles são aquecidos, devido a pequenas mudanças de posição dos átomos polarizados dentro da estrutura.

Anatomia de um Nanogerador

[Fonte da imagem: Wikimedia]

A seleção de materiais que compõem um nanogerador depende de seu método de coleta de energia. Um importante grupo de pesquisadores em tecnologia de nanogeradores trabalha no Georgia Institute of Technology. Esta equipe, liderada pelo professor Zhong Lin Wang, está concentrando seus esforços em nanogeradores piezoelétricos, usando nanofios de óxido de zinco (ZnO).

Outra equipe de pesquisa adotou uma abordagem diferente para a geração de piezoeletricidade em escala nano. Seu material de escolha é titanato de zirconato de chumbo (PZT). Este material é extremamente frágil, no entanto, uma propriedade problemática para um material sob tensão. A equipe descobriu uma maneira única de contornar isso, transformando o PZT em nanofitas e configurando-as em um padrão de onda.

Formulários

De sensores a eletrônicos vestíveis, a gama de nanotecnologias disponíveis está crescendo a cada ano. Inovações incríveis na biomedicina nos últimos anos são uma reminiscência de nossos sonhos de ficção científica dos anos 1980. Dispositivos médicos implantáveis ​​exigem energia constante e confiável, e cirurgia invasiva para substituir as baterias é uma solução menos que perfeita. Os movimentos automáticos do corpo, incluindo os batimentos cardíacos e a respiração, poderiam fornecer a energia cinética exigida pelos nanogeradores piezoelétricos. O menor dos movimentos produz atrito, com potencial para alimentar nanogeradores triboelétricos. A energia do calor residual é abundante no corpo humano, fornecendo combustível para nanogeradores piroelétricos.

[Fonte da imagem: Wikimedia]

2012 viu alguns avanços massivos na densidade de potência de saída dos nanogeradores e o número crescente de pesquisadores em todo o mundo não mostra sinais de desacelerar esse progresso. De tecnologia incorporada em suas roupas a implantes sob a pele, os nanogeradores prometem tornar o futuro da nanotecnologia muito mais amigável.

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Escrito por Jody Binns


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