Tecnologia Científica

Quando pisados, esses pisos de madeira coletam energia suficiente para acender uma lâmpada
Como uma meia que gruda em uma camisa recém-saída da secadora, as peças de madeira ficam eletricamente carregadas por meio de contatos e separações periódicas quando pisadas, um fenômeno denominado efeito triboelétrico .
Por Cell Press - 01/09/2021


Este resumo gráfico mostra como passos em pisos de madeira funcionalizados podem ser usados ​​para alimentar pequenos dispositivos. Crédito: Sun et al./Matter

Pesquisadores da Suíça estão explorando uma fonte de energia inesperada bem sob nossos pés: pisos de madeira. Seu nanogerador, apresentado em 1º de setembro na revista Matter , permite que a madeira gere energia a partir de nossos passos. Eles também aprimoraram a madeira usada em seu nanogerador com uma combinação de um revestimento de silicone e nanocristais incorporados, resultando em um dispositivo que era 80 vezes mais eficiente - o suficiente para alimentar lâmpadas LED e pequenos componentes eletrônicos.

A equipe começou transformando a madeira em um nanogerador , imprensando dois pedaços de madeira funcionalizada entre os eletrodos. Como uma meia que gruda em uma camisa recém-saída da secadora, as peças de madeira ficam eletricamente carregadas por meio de contatos e separações periódicas quando pisadas, um fenômeno denominado efeito triboelétrico . Os elétrons podem ser transferidos de um objeto para outro, gerando eletricidade. No entanto, há um problema em fazer um nanogerador de madeira.

"A madeira é basicamente triboneutra", diz o autor sênior Guido Panzarasa, líder do grupo na cátedra de Ciência dos Materiais de Madeira localizado na Eidgenössische Technische Hochschule (ETH) Zürich e nos Laboratórios Federais Suíços de Ciência e Tecnologia de Materiais (Empa) Dübendorf. "Isso significa que a madeira não tem tendência real de adquirir ou perder elétrons." Isso limita a capacidade do material de gerar eletricidade, “então o desafio é fazer uma madeira que atraia e perca elétrons”, explica Panzarasa.

Para aumentar as propriedades triboelétricas da madeira, os cientistas revestiram uma peça da madeira com polidimetilsiloxano (PDMS), um silicone que ganha elétrons ao entrar em contato, enquanto funcionaliza a outra peça de madeira com nanocristais crescidos in situ chamados de imidazolato zeolítico framework-8 (ZIF -8). ZIF-8, uma rede híbrida de íons metálicos e moléculas orgânicas, tem uma tendência maior de perder elétrons. Eles também testaram diferentes tipos de madeira para determinar se certas espécies ou a direção em que a madeira é cortada poderiam influenciar suas propriedades triboelétricas, servindo como um andaime melhor para o revestimento.

Os pesquisadores descobriram que um nanogerador triboelétrico feito com abeto cortado radialmente, uma madeira comum para construção na Europa, teve o melhor desempenho. Juntos, os tratamentos aumentaram o desempenho do nanogerador triboelétrico: ele gerou 80 vezes mais eletricidade do que a madeira natural. A produção de eletricidade do dispositivo também ficou estável sob forças constantes por até 1.500 ciclos.
 
Os pesquisadores descobriram que um protótipo de piso de madeira com uma área de superfície ligeiramente menor do que um pedaço de papel pode produzir energia suficiente para acionar lâmpadas domésticas de LED e pequenos dispositivos eletrônicos, como calculadoras. Eles acenderam com sucesso uma lâmpada com o protótipo quando um adulto humano caminhou sobre ela, transformando passos em eletricidade.

“Nosso foco foi demonstrar a possibilidade de modificar a madeira com procedimentos relativamente ecológicos para torná-la triboelétrica”, diz Panzarasa. "Spruce é barato e disponível e tem propriedades mecânicas favoráveis. A abordagem de funcionalização é bastante simples e pode ser escalonável em um nível industrial. É apenas uma questão de engenharia."

Além de eficiente, sustentável e escalonável, o recém-desenvolvido nanogerador também preserva as características que tornam a madeira útil para design de interiores, incluindo sua robustez mecânica e cores quentes. Os pesquisadores afirmam que esses recursos podem ajudar a promover o uso de nanogeradores de madeira como fontes de energia verde em edifícios inteligentes. Eles também dizem que a construção em madeira pode ajudar a mitigar as mudanças climáticas , sequestrando CO 2 do meio ambiente ao longo da vida útil do material.

O próximo passo para Panzarasa e sua equipe é otimizar ainda mais o nanogerador com revestimentos químicos mais ecológicos e fáceis de implementar. “Mesmo que inicialmente tenhamos focado na pesquisa básica, eventualmente, a pesquisa que fazemos deve levar a aplicações no mundo real”, diz Panzarasa. "O objetivo final é compreender as potencialidades da madeira além daquelas já conhecidas e permitir que a madeira tenha novas propriedades para futuros edifícios inteligentes sustentáveis."

 

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