(Phys.org) —Con un pisotón de su pie, Zhong Lin Wang ilumina mil bombillas LED, sin baterías ni cable de alimentación. La corriente proviene esencialmente de la misma fuente que esa pequeña chispa que salta de la punta de un dedo al pomo de una puerta cuando caminas sobre una alfombra con un resfriado, día seco. Wang y su equipo de investigación han aprendido a aprovechar este poder y ponerlo en funcionamiento.

Profesor del Instituto de Tecnología de Georgia, Wang está usando lo que técnicamente se conoce como efecto triboeléctrico para crear cantidades sorprendentes de energía eléctrica frotando o tocando dos materiales diferentes juntos. Él cree que el descubrimiento puede proporcionar una nueva forma de alimentar dispositivos móviles como sensores y teléfonos inteligentes al capturar la energía mecánica que de otro modo se desperdiciaría de fuentes como caminar, el viento que sopla, vibración, olas del mar o incluso coches pasando.

Más allá de generar energía, la tecnología también podría proporcionar un nuevo tipo de sensor autoalimentado, permitiendo la detección de vibraciones, movimiento, fugas de agua, explosiones, o incluso lluvia cayendo. La investigación ha sido apoyada por una variedad de patrocinadores, incluyendo el Nacional Ciencias Fundación; Departamento de Energía de EE. UU.; MANA, parte del Instituto Nacional de Materiales de Japón; La corporación coreana Samsung y la Academia de Ciencias de China. La investigación se ha publicado en revistas que incluyen ACS Nano , Materiales avanzados , Angewandte Chemie , Ciencias energéticas y ambientales , Nano energía y Nano letras .

"Podemos ofrecer pequeñas cantidades de energía portátil para las aplicaciones móviles y de sensores de hoy en día, "dijo Wang, profesor de Regents en la Escuela de Ciencia e Ingeniería de Materiales de Georgia Tech. "Esto abre una fuente de energía al recolectar energía de actividades de todo tipo".

En su forma más simple, el generador triboeléctrico utiliza dos láminas de materiales diferentes, uno un donante de electrones, el otro un aceptor de electrones. Cuando los materiales están en contacto, los electrones fluyen de un material a otro. Si luego se separan las hojas, una hoja contiene una carga eléctrica aislada por el espacio entre ellas. Si luego se conecta una carga eléctrica a dos electrodos colocados en los bordes exteriores de las dos superficies, una pequeña corriente fluirá para igualar las cargas.

Repitiendo continuamente el proceso, se puede producir una corriente alterna. En una variación de la técnica, los materiales, los polímeros flexibles más comúnmente económicos, producen corriente si se frotan entre sí antes de separarlos. También se han construido generadores que producen corriente continua.

"El hecho de que se pueda producir una carga eléctrica mediante triboelectrificación es bien conocido, "Explicó Wang." Lo que hemos introducido es una técnica de separación de espacios que produce una caída de voltaje, que conduce a un flujo de corriente en la carga externa, permitiendo que se utilice la carga. Este generador puede convertir energía mecánica aleatoria de nuestro entorno en energía eléctrica ".

Desde su primera publicación sobre la investigación, Wang y su equipo de investigación han aumentado la densidad de salida de potencia de su generador triboeléctrico en un factor de 100, 000, informando que un metro cuadrado de material de una sola capa ahora puede producir hasta 300 vatios. Han descubierto que la densidad de potencia volumétrica alcanza más de 400 kilovatios por metro cúbico con una eficiencia de más del 50 por ciento. Los investigadores han ampliado la gama de técnicas de recolección de energía desde "camisas de poder" que contienen bolsillos del material generador hasta plantillas para zapatos. silbidos pedales, alfombras de piso, mochilas y flotadores flotando sobre las olas del mar.

Han aprendido a aumentar la potencia de salida aplicando patrones de escala de micrones a las láminas de polímero. El patrón aumenta de manera efectiva el área de contacto y, por lo tanto, aumenta la efectividad de la transferencia de carga.

Wang y su equipo descubrieron accidentalmente el potencial de generación de energía del efecto triboeléctrico mientras trabajaban en generadores piezoeléctricos. que utilizan una tecnología diferente. La salida de un dispositivo piezoeléctrico fue mucho mayor de lo esperado, y la causa de la producción más alta se remonta a un montaje incorrecto que permitió que dos superficies de polímero se frotaran entre sí. Seis meses de desarrollo llevaron al primer artículo de revista sobre el generador triboeléctrico en 2012.

"Cuando dos materiales están en contacto físico, se produce la triboelectrificación, "dijo Wang, quien ocupa la cátedra Hightower en la Escuela de Ciencia e Ingeniería de Materiales de Georgia Tech. "Cuando se separan, se crea una distancia de separación. Para igualar la carga local, los electrones tienen que fluir. Estamos obteniendo un flujo de corriente y voltaje sorprendentemente alto de esto. A partir de ahora, hemos descubierto cuatro modos básicos de generadores triboeléctricos ".

Desde su comprensión inicial de las posibilidades de este efecto, El equipo de Wang ha ampliado las aplicaciones. Ahora pueden producir corriente a partir del contacto entre agua, agua de mar, agua del grifo e incluso agua destilada, y una superficie de polímero estampado. Su último artículo, publicado en la revista ACS Nano en noviembre, describió cómo recolectar energía del panel táctil de una computadora portátil.

Ahora utilizan una amplia gama de materiales, incluyendo polímeros, tejidos e incluso papeles. Los materiales son económicos, y puede incluir fuentes como botellas de bebidas recicladas. Los generadores pueden estar hechos de polímeros casi transparentes, permitiendo su uso en pantallas táctiles y pantallas.

Más allá de su uso como fuente de energía, Wang también está utilizando el efecto triboeléctrico para detectar sin una fuente de alimentación externa. Debido a que los generadores producen corriente cuando están perturbados, Podrían usarse para medir cambios en las tasas de flujo, movimiento repentino, o incluso gotas de lluvia cayendo.

"Si se aplica una fuerza mecánica a estos generadores, producirán corriente y voltaje eléctricos, ", dijo." Podemos medir esa corriente y voltaje como señales eléctricas para determinar el alcance de la agitación mecánica. Dichos sensores podrían usarse para monitorear el tráfico, seguridad, ciencia medioambiental, aplicaciones de infraestructura y atención médica ".

Para el futuro, Wang y su equipo de investigación planean continuar estudiando los generadores y sensores para mejorar su salida y sensibilidad. El tamaño del material se puede ampliar, y múltiples capas pueden aumentar la potencia de salida.

"Todo el mundo ha visto este efecto, pero hemos podido encontrar aplicaciones prácticas para ello, "dijo Wang." Es muy simple, y hay mucho más que podemos hacer con esto ".