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.

Trung et al., sugerem um processo simples para produzir biocompósitos (nHCB) de nano-hidroxiapatita (nHA) e matriz de quitosana (CTS) a partir de esqueletos de tilápias e bagres e cascas de camarões, resíduos da indústria pesqueira. O resultado deste processo é um material altamente poroso que será utilizado como adsorvente para a remoção de corantes como azul de metileno (MB) e laranja de metileno (MO) e íons Cu (II) de águas residuais.

Toda a matéria-prima foi reduzida a pó, e a quitosana (0,5 g) foi dissolvida em solução de CH3COOH. Adicionou-se nHA à solução e agitou-se durante 30 minutos até se formar uma suspensão homogênea. TPP (Tripolifosfato de sódio) é então adicionado como um agente ligante para formar pérolas de hidrogel e lavado várias vezes com água destilada. Finalmente, a amostra é congelada a -80°C para obter as esferas de aerogel. Assim, foram conformadas 4 amostras de nHCB, variando a carga em peso de nHA entre 0,00, 0,75, 1,00 e 1,25 g) nomeadas como nHCB-0, nHCB-2, nHCB-3 e nHCB-4, respectivamente, enquanto a carga de CTS foi mantida em 0,5g.

Em relação ao desempenho das amostras produzidas, verificou-se que existe uma relação proporcional entre a carga de nHA e a área específica, o que resulta em maior adsorção das partículas desejadas conforme aumenta o teor de nHA. Porém, acima de 1,0g de nHA, os grupos ativos amino do composto começam a ser reduzidos, o que piora a adsorção. O pH também é um fator importante em compostos a base de CTS, e as melhores condições operacionais ocorrem com um pH entre 5,0 e 6,0.

Em conclusão, o artigo celebra a eficácia do composto nHCB não apenas por sua atuação na adsorção de corantes e íons de cobre, mas também como forma de reaproveitamento de subprodutos da indústria pesqueira. Além disso, o artigo indica que tanto o HA quanto a CTS são apenas dois de vários outros derivados dessa indústria que também poderiam ser revalidados para outras áreas.

Figura 1. Imagens de MEV de (b) nHCB-0, (d) nHCB-2, (e) nHCB-3 e (f) nHCB-4, mostrando alta porosidade formada (d, e, f) o que ativa a adsorção e uma boa distribuição das nanopartículas de HA na matriz polimérica de CTS. [adaptado de TRUNG, T. S. et al, 2022].