Pesquisadores desenvolvem grafeno

Pesquisadores da Universidade de Sichuan, da Academia Chinesa de Ciências e do Instituto de Tecnologia da Geórgia desenvolveram um tecido vestível baseado em grafeno que pode converter o movimento do corpo em eletricidade utilizável e até armazenar essa energia. O tecido pode potencialmente ser usado em uma ampla gama de aplicações, desde monitoramento médico até auxiliar atletas e seus treinadores a monitorar seu desempenho, bem como telas inteligentes em roupas.

A precisão dos dispositivos eletrônicos vestíveis atuais e dos vários monitores de saúde disponíveis permanece limitada devido aos poucos locais no corpo ou próximos ao corpo em que podem ser colocados e restrita a uma pequena seleção de aplicativos. No futuro, se tecidos avançados puderem ser desenvolvidos, dispositivos eletrônicos vestíveis integrados a camisas, calças, roupas íntimas e chapéus poderão rastrear indicadores de fragilidade para avaliar o risco de doenças relacionadas à idade, monitorar níveis de cortisol para rastrear níveis de estresse ou até mesmo detectar patógenos como parte de uma rede global de monitoramento de pandemia. Para levar a eletrônica vestível a este próximo nível, os monitores terão que ser integrados aos têxteis de forma leve, discreta e menos pesada.

Um dos desafios da eletrônica vestível existente vem das limitações na flexibilidade e, portanto, na vestibilidade dos componentes que fornecem energia aos dispositivos. Além disso, as unidades de fornecimento de energia precisam ser facilmente integráveis ​​aos dispositivos e, em uma era de maior consciência ambiental, sustentáveis. Além de tudo isso, as tecnologias de armazenamento de energia existentes têm capacidade muito limitada. Baterias e supercapacitores podem armazenar energia, mas não podem produzir energia espontaneamente sem uma fonte de energia externa.

"As baterias também não são muito confortáveis ​​de usar", disse Feifan Sheng, principal autor do artigo e especialista em nanosistemas do Instituto de Nanoenergia e Nanosistemas de Pequim da Academia Chinesa de Ciências. "Portanto, o desenvolvimento de fontes de alimentação vestíveis e com carregamento automático é crucial."

A equipe de cientistas produziu o que eles chamam de 'fibra-TENG', uma estrutura flexível, tricotável e usável que aproveita o efeito triboelétrico, no qual certos materiais se tornam eletricamente carregados após entrarem em contato friccional com outro material diferente. A eletricidade estática comum, por exemplo, envolve a eletrificação induzida por contato do efeito tribolétrico.

A fibra-TENG é composta por três camadas: uma camada de ácido poliláctico (um tipo de poliéster comumente usado em impressão 3D), uma camada de óxido de grafeno reduzido (um tipo de grafeno altamente acessível) e uma camada de polipirrol (um polímero já amplamente utilizado em eletrônica e medicina).

Quando a fibra-TENG é submetida a deformações mecânicas, como flexão ou estiramento pela pessoa que veste uma peça de roupa tricotada a partir do tecido, as cargas triboelétricas geradas pelo contato entre o ácido polilático e as camadas reduzidas de óxido de grafeno podem ser coletadas pelo camada de polipirrol. Este processo gera uma saída elétrica que pode ser usada como uma unidade de geração de energia.

A chave para o desenvolvimento da fibra-TENG foi um novo processo usado para preparar a fibra de óxido de grafeno para uso em um supercapacitor em forma de fibra coaxial (fibra-SC) - a instalação de armazenamento de energia integrada ao tecido. Uma estrutura coaxial proporciona grande estabilidade ao dobrar e torcer.

O processo envolve a adição de materiais ativos (aqueles que podem armazenar e liberar energia elétrica) na superfície de fibras de óxido de grafeno reduzido (rGO). Primeiro, os pesquisadores produziram as fibras rGO por meio de uma aplicação de ácido iodídrico. Em seguida, eles adicionam dois materiais ativos, dióxido de manganês (MnO2) e polipirrol (PPy), na superfície das fibras rGO usando um processo chamado eletrodeposição - um método de depositar um material em uma superfície aplicando uma corrente elétrica.

Isso criou um material de eletrodo negativo chamado rGO-PPy-MnO2 que é usado na fibra-SC. Um material de eletrodo positivo foi então feito revestindo uniformemente nanotubos de carbono de paredes múltiplas (MWCNTs) com álcool polivinílico e eletrólito de ácido fosfórico na superfície do rGO-PPy-MnO2.