Celular descarregado? Nunca mais!!!
Data: 16 de abril de 2021.
Autores: Jonathan Marques Teles da Silva, José Victor Ferreira da Silva, Pedro Fernando Almeida Lima Iack, Ana Paula Bernardo dos Santos e Lívia Tenório Cerqueira Crespo.
Ilustrador: José Victor Ferreira da Silva.
Revisora: Lucineide Lima de Paulo.
Eletrostática e Triboeletricidade
Figura 1: Experimento de eletricidade estática com água
Fonte: Adaptado de THENÓRIO, 2011
É possível que você já tenha se deparado com uma experiência semelhante à ilustrada na figura 1, seja na escola ou em algum espaço que promova as ciências, como os museus e centros de ciências. Ela envolve o conceito de eletrostática que acontece quando dois objetos contendo cargas neutras são esfregados um contra o outro de forma a criar atrito, levando à troca de cargas entre os materiais (Figura 2). Nessa troca, um objeto tende a tornar-se mais positivamente carregado e o outro mais negativo. Essas cargas podem ser previstas mediante a
posição que os objetos ocupam em uma tabela conhecida como Série Triboelétrica (Figura 3), que indica quais os mais predispostos a assumir uma carga negativa ou positiva em relação à distância que possuem entre si na lista .
Figura 2: Troca de elétrons
Fonte: Adaptado de CLAUS LUNAI
Figura 3: Série Triboelétrica
Fonte: FOGAÇA, [2018?]
O fenômeno foi investigado por Tales de Mileto por volta de 600 a.C. quando supostamente teria esfregado um pedaço de âmbar com lã, notando a atração de uma pequena porção de palha. Este efeito é o que conhecemos como triboeletricidade, que nada mais é do que a criação de tensão elétrica entre dois objetos diferentes por meio de atrito.
Tudo o que acabamos de mencionar vem tomando contornos mais práticos em nosso cotidiano por meio de nanogeradores triboelétricos. Esse aparelho é feito de um polímero com capacidade elástica, uma borracha por exemplo, que é posicionado entre dois eletrodos. Um desses é formado por uma lixa revestida por alumínio previamente tratado para diminuir sua decomposição. O outro eletrodo é feito por um filme bem fino, construído por nanopartículas de ouro que aumentam a área superficial do material, tendo como consequência o aumento da transferência de cargas. Esse conjunto, formado pela placa polimérica e eletrodos de alumínio e ouro, é comprimido entre duas placas de acrílico com quatro molas distribuídas em cada uma de suas extremidades. (Figura 4)
Figura 4: Nanogerador Triboelétrico
Fonte: Adaptado de SARMENTO, 2017
Quando pressão é aplicada nas duas placas de acrílico por uma força externa, o eletrodo de alumínio entra em contato com a placa polimérica, produzindo atrito – que por sua vez gerará o fenômeno triboelétrico. Dessa forma, os elétrons que compõem a superfície da lixa são transferidos para o polímero, que fica negativamente carregado, criando uma corrente elétrica que flui da parte superior para a inferior do eletrodo. Quando a força deixa de ser aplicada e as molas são separadas, o potencial elétrico entre os eletrodos é alternado. Agora é a lixa revestida de alumínio que concentra grande parte dos elétrons, que flui para o eletrodo superior de ouro, invertendo o fluxo de corrente (Figura 5). Dessa forma, a repetição dos movimentos dá lugar a um fluxo de corrente alternada que pode ser usada em variados dispositivos eletroeletrônicos.
Figura 5: Funcionamento do nanogerador
Fonte: Adaptado de SARMENTO, 2017
Os nanogeradores podem apresentar uma composição variada, envolvendo diferentes tipos de materiais, montagem, manutenção e aplicações, apresentando ainda assim um custo bastante elevado. Apesar disso, possuem uma gama de pontos positivos, como produção de energia sustentável e o grande potencial de aplicação em diferentes setores e serviços.
Uma dessas utilizações demonstra sua capacidade de carregar a bateria de dispositivos móveis apenas com os movimentos que fazemos ao andar. Essa versão do nanogerador é composta por um papel revestido de nanopartículas de ouro e uma película fluorada feita a partir de etileno propeno, o que diminui consideravelmente o peso se comparado aos modelos com placas de acrílico mais comumente encontrados.
Você já pensou que a neve que cai sobre telhados poderia produzir energia elétrica? Essa acaba por ser outra possível aplicação para essa tecnologia. Apesar de não muito útil no Brasil, essa possibilidade existe. Funcionando um pouco diferentemente de um nanogerador triboelétrico normal, este opera levando em consideração o fato de a neve ser naturalmente carregada positivamente e o silicone negativamente carregado. Dessa forma, só o contato entre eles é o suficiente para gerar eletricidade, já que o atrito acontece de forma natural ao cair da neve – o que gera o fenômeno triboelétrico. Cientistas perceberam que o dispositivo seria revolucionário em locais cuja neve seja abundante, produzindo eletricidade para cidades localizadas nos hemisférios, estações meteorológicas situadas em ambientes remotos, ou até para carregar pequenos aparelhos, já que, devido a sua portabilidade, pode ser instalado em qualquer lugar em que haja contato com a neve, até mesmo na sola de uma bota, de forma similar ao exemplo do nanogerador de celular.
Figura 6: Nanogerador Triboelétrico instalado em uma bota de neve
Fonte: AHMED. et al, 2019
Para finalizar, sensores extremamente sensíveis também podem ser utilizados para motivos completamente diferentes dos inicialmente planejados. Um exemplo disso está no famoso tênis de mesa, que pode incluir uma mesa modificada quimicamente para ser mais flexível. O cobre estaria presente na superfície da mesa para compor os sensores dos nanogeradores, de forma a indicar mais precisamente a área onde a bola tocou na mesa.
Figura 7: Mesa de Ping-Pong com sensores de nanogerador
Fonte: Adaptado de LUO. et al, 2019
Fontes:
AHMED, A; HASSAN, I; MOSADE, I. M; ELSANADIDY, E; PHADKED, G. S; EL-KHADY, M. F; RUSLING, J. F; SELVAGANAPATHY, P. R; KANER, R. B. Nanogerador tira eletricidade da neve. Inovação tecnológica, 2019. Disponível em: https://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=nanogerador-tira-eletricidade-neve&id=010115190418#.YHHYEKySk_4. Acesso em: mar. 2021
AMARAL, A. C. C; AZANA, N; DIAS, N. L; MAZON, T; SHIEH, P. J. Nanogeradores Triboelétricos: Novos Dispositivos para Energy Harvesting. Atena Editora, 2019. Disponível: https://www.atenaeditora.com.br/post-artigo/13704. Acesso em: fev. 2021.
CARVALHO, M. A. A; OLIVEIRA, A. S. Economia de Energia na Área Computacional. ETIC - Encontro de Iniciação Científica. São Paulo: Faculdades Integradas Antônio Eufrásio de Toledo, [201?]. Disponível em: http://intertemas.toledoprudente.edu.br/index.php/ETIC/article/viewFile/3296/3047. Acesso em: fev. 2021.
CUNHA, A. L. M. Análise de Viabilidade Técnica para um Carregador de Baterias Autônomo Baseado em Triboeletricidade. Trabalho de Conclusão de Curso. Belo Horizonte: CEFET, 2016. Disponível em: http://www2.dee.cefetmg.br/wp-content/uploads/sites/18/2017/11/TCC_2016_2_ALMCunha.pdf. Acesso em: Mar. 2021.
DEMARTINI, M. Cientistas Criam uma Nova Maneira de Recarregar Aparelhos Eletrônicos sem o Uso de Tomadas ou Pilhas. Exame, 2017. Disponível em: https://startupi.com.br/2017/04/material-base-de-papel-capta-e-armazena-energia-de-movimentos/. Acesso em: fev. 2021.
DUDEM, B; GRAHAM, S. A; DHARMASENA, R. D. I. G; SILVA, S. R. P; YU, J. S. Natural silk-composite enabled versatile robust triboelectric nanogenerators for smart applications. Nano Energy, 2021. Disponível em: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S221128552100077X?via%3Dihub. Acesso em: fev. 2021.
FOGAÇA, J. R. V. PrePara Enem. Série Triboelétrica, [2018?]. Disponível em: https://www.preparaenem.com/quimica/serie-triboeletrica.htm. Acesso em: fev. 2021.
FURYUS. Euro Games. É possível gerar eletricidade a partir da neve, 2019. Disponível em: https://eurogames.pt/e-possivel-gerar-eletricidade-a-partir-da-neve/. Acesso em: fev. 2021.
LUNAU, C. Static Eletricity, illustration, Science Photo, [201?]. Disponível em: https://www.sciencephoto.com/media/669797/view/static-electricity-illustration. Acesso em: fev. 2021.
LUO, J; WANG, Z; Xu, L; WANG, A. C; HAN, K; JIANG, T; LAI, Q; BAI, Y; TANG, W; FAN, F. R; WANG, Z. L . Flexible and durable wood-based triboelectric nanogenerators for self-powered sensing in athletic big data analytics. Nature Communications, 2019. https://doi.org/10.1038/s41467-019-13166-6. Acesso em: mar. 2021.
SARMENTO, V. H. Como gerar energia elétrica a partir de lixas comuns. Cientistas Descobriram Que, 2017. Disponível em: https://cientistasdescobriramque.com/2017/06/13/como-gerar-energia-eletrica-a-partir-de-lixas-comuns/. Acesso em: fev. 2021.
THENÓRIO, I. O desvio mágico da água. Manual da Mundo, 2011. Disponível em: https://manualdomundo.uol.com.br/experiencias-e-experimentos/o-desvio-magico-da-agua/. Acesso em: fev. 2021.
WILLIAMS, M. W . O que gera a eletricidade estática? Inovação Tecnológica, 2013. Disponível emhttps://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=triboeletricidade-gera-eletricidade-estatica#Imprimir. Acesso em: mar. 2021.
ZHU, G; LIN, Z. H; JING, Q; BAI, P; PAN, C; YANG, Y; ZHOU; Y; WANG, Z.L. Gerador triboelétrico captura eletricidade estática. Inovação Tecnológica, 2013. Disponível em: https://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=gerador-triboeletrico-captura-eletricidade-estatica#.YHH366ySk_4. Acesso em: mar. 2021.