A capacidade de fornecimento da energia distribuída com abordagens sustentáveis é bem vista como uma oportunidade de permitir novos caminhos em tecnologias emergentes, tais como dispositivos vestíveis (wearable devices), tecnologia integrada e robótica.
Em comparação com outras tecnologias de captação de energia mecânica, os nanogeradores triboelétricos (TENGs - triboelectric nanogenerators) podem coletar com eficiência a energia mecânica para alimentar eletrônicos e sensores, baseados em princípios de triboeletrificação e indução eletrostática, exibindo vantagens como baixo custo, fabricação simplificada e variedade de materiais e estruturas.
Os estudos envolvendo TENGs concentram-se principalmente no aumento da geração de energia, aumentando a área de superfície, projetando as propriedades materiais nas superfícies de contato e demonstrando em aplicações práticas.
A maioria dos TENGs de última geração são construídos com polímeros sintéticos que não são biocompatíveis, reduzindo suas perspectivas de aplicação e relevância em tecnologias biomédicas e ambientais. Com isso, entra a importância da quitosana neste estudo.
A quitosana é geralmente derivada da quitina natural após desacetilação com tratamentos alcalinos e pode ser produzida a partir de conchas de crustáceos marinhos. Além disso, é usada em vários campos como tratamento de água, administração de medicamentos e também na engenharia de tecidos e, ainda, são biodegradáveis, biocompatíveis e não apresentam citotoxicidade.
A viabilização econômica e a aplicação da engenharia em materiais biologicamente abundantes em nanosensores são significativas não apenas para a exploração científica fundamental, mas também para atender às necessidades da sociedade em questões de energia sustentável e na proteção ambiental.
O estudo realizado pelos autores desenvolveu um nanogerador triboelétrico de quitosana com ácido cítrico, a fim de alterar a superfície do material para otimizar o potencial através da alteração dos grupos funcionais expostos na superfície.
Os autores afirmam que a mudança do potencial de superfície de um material resulta da mudança de densidade da carga na superfície. No caso do estudo realizado, os autores adicionaram mais ácido cítrico para dissolver o pó de quitosana, aumentando o número de grupos hidroxila e amino, enquanto a quantidade de grupo carboxila diminui, o que foi o motivo principal para os diferentes potenciais de superfície em diferentes amostras realizadas.
Considerando que a quitosana é um material de baixo custo, biodegradável e ecologicamente correto, os autores exploraram a viabilidade do sensor desenvolvido de quitosana-ácido cítrico para aplicação como um sensor de velocidade de carro triboelétrico.
Além disso, os autores aplicaram abordagens de mineração de dados para analisar e aprender a relação entre os sinais triboelétricos adquiridos e as classes de velocidade do carro (ou seja, baixa, média ou alta velocidade), além de também prever a relação entre os sinais e os valores de velocidades do carro.
Concluindo, os autores afirmam que o desempenho e a eficiência dos sensores triboelétricos podem ser otimizados pela modulação das composições e das propriedades do material por meio de engenharia de superfície molecular, que oferece um potencial promissor para projetar e implementar TENGs baseados em biopolímeros de alto desempenho para nanossistemas auto alimentados em tecnologias sustentáveis.
O estudo realizado abre caminho para novas tecnologias que utilizam materiais bioderivados para fabricação economicamente viável e ecologicamente correta de dispositivos funcionais em aplicações de energia, eletrônica e sensores.
C. Ma; S. Gao; X. Gao, M. Wu; R. Wang; Y. Wang; Z. Tang; F. Fan; W. Wu; H. Wan; W. Wu. Chitosan biopolymer-derived self-powered triboelectric sensor with optimized performance through molecular surface engineering and data-driven learning. InfoMat. 2019; 1 116– 125. https://doi.org/10.1002/inf2.12008
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