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Uma equipe de pesquisadores do NIMS, da Universidade de Hokkaido e da Universidade Farmacêutica Meiji desenvolveu um eletreto de gel capaz de reter de forma estável uma grande carga eletrostática. A equipe então combinou esse gel com eletrodos altamente flexíveis para criar um sensor capaz de perceber vibrações de baixa frequência (por exemplo, vibrações geradas pelo movimento humano) e convertê-las em sinais de tensão de saída. Este dispositivo pode ser potencialmente usado como um sensor de saúde vestível.
O interesse no desenvolvimento de materiais macios, leves e geradores de energia tem crescido nos últimos anos para uso em eletrônica leve projetada para diversos fins, como saúde e robótica. Materiais de eletreto capazes de reter de forma estável a carga eletrostática podem ser usados para desenvolver dispositivos alimentados por vibração sem fontes de energia externas. O NIMS tem liderado esforços para desenvolver um líquido alquil-π de baixa volatilidade e temperatura ambiente, composto de uma porção corante conjugada com π e cadeias alquil flexíveis, porém ramificadas (um tipo de composto de hidrocarboneto). Os líquidos alquil-π apresentam excelentes propriedades de retenção de carga, podem ser aplicados a outros materiais (por exemplo, através de pintura e impregnação) e são facilmente moldáveis. No entanto, quando estes líquidos foram combinados com eléctrodos para criar dispositivos flexíveis, revelaram-se difíceis de imobilizar e selar, resultando em problemas de fugas. Além disso, as capacidades de retenção de carga eletrostática dos líquidos alquil-π precisavam ser aumentadas para melhorar a sua capacidade de geração de energia.
A equipe de pesquisa recentemente conseguiu criar um gel de alquil-π adicionando uma pequena quantidade de um gelador de baixo peso molecular a um líquido alquil-π. Descobriu-se que o módulo de armazenamento elástico deste gel é 40 milhões de vezes maior que o de seu equivalente líquido, e pode ser simplificado na fixação e selado. Além disso, o eletreto-gel obtido ao carregar este gel alcançou um aumento de 24% na retenção de carga em comparação com o material de base (isto é, o líquido alquil-π), graças ao confinamento melhorado de cargas eletrostáticas dentro do gel. A equipe então combinou eletrodos flexíveis com o eletreto de gel para criar um sensor de vibração. Este sensor foi capaz de perceber vibrações com frequências tão baixas quanto 17 Hz e convertê-las em uma tensão de saída de 600 mV – 83% maior que a tensão gerada por um sensor baseado em eletreto líquido alquil-π.
Em pesquisas futuras, a equipe pretende desenvolver sensores vestíveis capazes de responder a vibrações sutis e várias deformações de deformação, melhorando ainda mais as características do eletreto de carga (ou seja, capacidade de carga e vida útil da carga) e a resistência do gel alquil-π. Além disso, uma vez que este gel é reciclável e reutilizável como material sensor de vibração, espera-se que a sua utilização ajude a promover uma economia circular.
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