Una muestra de caucho piezoeléctrico. Crédito:Laboratorios Federales Suizos de Ciencia y Tecnología de Materiales
Los investigadores de Empa han desarrollado un material flexible que genera electricidad cuando está estresado. En el futuro, podría usarse como sensor, integrado en la ropa o incluso implantado en el cuerpo humano, por ejemplo, para alimentar un marcapasos.
Flexible, orgánico, delgado:propiedades que no suelen estar asociadas con plantas de energía o sensores. Pero un nuevo material desarrollado por los investigadores de Empa es exactamente eso:un delgado, orgánico, película flexible que genera electricidad si se estira y se comprime. Esta película de goma podría incorporarse a los botones de control, ropa, robots o incluso personas, y monitorear las actividades, grabar toques o generar electricidad cuando se estresa para alimentar dispositivos implantados como marcapasos, por ejemplo.
Convertir el movimiento en electricidad
Gracias al efecto piezoeléctrico, el caucho especialmente diseñado es capaz de convertir movimientos mecánicos en cargas eléctricas. El truco detrás de la corriente generada es la polarización interna que cambia cuando la película de goma se somete a tensión mecánica.
Este efecto se utiliza en captaciones de sonido en tocadiscos analógicos, por ejemplo:la aguja es guiada a través de las ranuras del disco de tal manera que genere vibraciones mecánicas. En un cristal piezoeléctrico, estas vibraciones se convierten en impulsos eléctricos, que a su vez puede amplificarse y transformarse en ondas sonoras.
El efecto piezoeléctrico fue descubierto en cristales por los hermanos Jacques y Pierre Curie en 1880. Mientras realizaban experimentos con cristales de turmalina, encontraron que las cargas eléctricas se producían durante la deformación mecánica en la superficie de los cristales. Esto se debe a los dipolos en la estructura cristalina que resultan de la deformación. Las primeras aplicaciones fueron transductores ultrasónicos piezoeléctricos y osciladores de cristal para estabilización de frecuencia. Esto dio lugar al primer reloj de cuarzo en los Laboratorios Bell en los Estados Unidos en 1928. Las piezocerámicas fabricadas industrialmente a menudo comprenden titanato de plomo y circonio (PZT). Crédito:Wikipedia
Por mucho tiempo, el efecto piezoeléctrico solo se conocía para los cristales. Como estos son pesados y sólidos, el efecto solo se puede utilizar en determinadas aplicaciones. Sin embargo, La investigadora de Empa Dorina Opris y sus colegas ahora han logrado dar propiedades piezoeléctricas a los elastómeros. Sin embargo, el nuevo material no es fácil de producir. El caucho es un material compuesto de nanopartículas polares y un elastómero (silicona en el prototipo). En primer lugar, Yee Song Ko, estudiante de doctorado en Empa, tiene que dar forma a los dos materiales antes de conectarlos. Esto produce una fina película elástica, en el que los restos polares de las nanopartículas todavía están orientados aleatoriamente.
Para crear un material piezoeléctrico, Song Ko tiene que introducir una polarización interna utilizando un fuerte campo eléctrico. Lograr esto, la película se calienta hasta que se supera la temperatura de transición vítrea de las nanopartículas y cambian de un sólido, estado vidrioso en un gomoso, viscoso. Bajo estas condiciones, los restos polares están orientados por el campo eléctrico. La orientación lograda finalmente se congela enfriando el material a temperatura ambiente.
Partes del cuerpo como planta de energía
Existe una gran cantidad de aplicaciones potenciales para la nueva película de caucho. Podría usarse para construir sensores de presión, por ejemplo. Si el material está comprimido, se produce un impulso eléctrico que puede ser recibido y "entendido" por los dispositivos. Esto se puede utilizar para desarrollar un nuevo tipo de botones de control, pero también una piel sensible para los robots que pueden sentir los toques (presión). Es más, la película puede ser útil en la ropa para monitorear las actividades del usuario o generar electricidad a partir de sus movimientos. "Este material probablemente podría incluso utilizarse para obtener energía del cuerpo humano, ", dice Opris." Podría implantarlo cerca del corazón para generar electricidad a partir de los latidos del corazón, por ejemplo. "Esto podría alimentar marcapasos u otros dispositivos implantados, eliminando la necesidad de operaciones invasivas para cambiar la batería.
