Gerador termoelétrico fica flexível e esticável com tecnologia dos metamateriais

Redação do Site Inovação Tecnológica - 19/12/2023

Geradores termoelétricos extensíveis/flexíveis usando metamateriais.
[Imagem: KERI]

Metamaterial mecânico

Os revolucionários metamateriais - materiais artificiais projetados para ter propriedades não encontradas no mundo natural - acabam de mostrar que podem ajudar a otimizar mais uma área, e desta vez uma áreas um tanto inesperada: Os geradores termoelétricos de energia.

Neste caso entrou em ação uma família ainda pouco conhecida desses materiais artificiais, os metamateriais mecânicos - mais comumente os metamateriais são projetados para lidar com ondas eletromagnéticas.

Em geral, um material contrai na direção vertical quando é esticado na direção horizontal, como quando você pressiona uma bola de borracha e ela se achata lateralmente, ou quando você puxa um elástico e ele se estende no comprimento e estreita na largura. A quantidade de alongamento transversal dividida pela quantidade de compressão axial é conhecida como razão de Poisson, ou coeficiente de Poisson.

Por outro lado, os metamateriais mecânicos são artificialmente projetados para se expandirem nas direções horizontal e vertical quando são alongados na direção horizontal. Assim como os metamateriais ópticos têm um índice de refração negativo, os metamateriais mecânicos têm um índice de Poisson negativo, compondo uma família de materiais conhecidos como auxéticos (do grego antigo auxetos, que significa esticáveis).

Hyekyoung Choi e seus colegas do Instituto de Pesquisas Eletrotécnicas da Coreia do Sul aplicaram esse conceito aos geradores termoelétricos e conseguiram aumentar a elasticidade dos materiais termoelétricos, tipicamente rígidos e quebradiços, em até 35%.

Um gerador termoelétrico converte a diferença de temperatura entre duas extremidades em energia elétrica, sendo considerado um dispositivo de colheita de energia ecológico de próxima geração porque pode reciclar o calor desperdiçado na vida diária, transformando-o em eletricidade.

O metamaterial mecânico amplia as possibilidades do uso dos geradores termoelétricos.
[Imagem: Hyekyoung Choi et al. - 10.1002/aenm.202301252]

Gerador termoelétrico flexível

A maioria dos geradores termoelétricos consiste em cerâmicas duras, quebradiças e inflexíveis, dificultando sua aplicação em superfícies curvas, como a pele ou canos de água quente. Para contornar isto, têm sido usados substratos de materiais flexíveis, como silício e polímeros. O problema é que esses suportes não têm o mesmo comportamento em relação ao calor, limitando os gradientes de temperatura que podem ser aproveitados.

Choi usou então a técnica dos metamateriais para desenvolver uma junta deformável - tecnicamente é uma gaxeta - com uma metaestrutura que aumenta a estabilidade estrutural do gerador termoelétrico. Ela pode ser fabricada em vários formatos, estica tão bem quanto a pele humana e é fácil de fixar em qualquer lugar.

Além disso, o espaço livre no interior da junta possui excelentes propriedades isolantes, evitando a perda de calor e garantindo a eficiência do gerador termoelétrico. O resultado é um aumento na diferença de temperatura em até 30% em comparação com os geradores termoelétricos flexíveis existentes.

Os geradores construídos pela equipe têm uma extensibilidade de 35% ou mais e sua densidade de produção de energia é mais de 20 vezes maior, não apresentando perda de eficiência mesmo quando ele está esticado ao máximo. E a durabilidade também é excelente: O gerador manteve seu desempenho sem perdas mesmo após 10.000 flexões repetidas.

• Apertado ou esticado, este material sempre se expande

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