El nanogenerador triboeléctrico puede detectar cuando los usuarios están en peligro o discapacitados porque puede sentir la diferencia entre caminar, corriendo, saltos y quietud. Crédito:UCLA y McMaster University
Imagine un dispositivo que pueda resistir incluso los incendios más intensos para que pueda señalar automáticamente a otros cuando un bombero está inmovilizado en el trabajo.
Investigadores de UCLA y colegas de otras dos universidades han diseñado el primer retardante de fuego, Sensor de movimiento autoextinguible y generador de energía. El dispositivo, que es del tamaño de una moneda, podría estar incrustado en zapatos o ropa que usan los bomberos, perforadores de petróleo u otras personas cuyo trabajo implica temperaturas extremas o entornos hostiles.
La investigación, que fue publicado en la revista Nano energía , fue dirigido por Richard Kaner, Dr. Myung Ki Hong de UCLA, Cátedra en Innovación de Materiales y miembro del Instituto de NanoSistemas de California en UCLA.
El sensor autoalimentado es un tipo de nanogenerador triboeléctrico. La carga triboeléctrica genera energía a partir del intercambio de electrones cuando un material se frota contra otro; en este caso, el dispositivo en sí y la ropa o la piel del usuario, o el dispositivo y el suelo. El fenómeno es el mismo que crea una descarga eléctrica cuando tocas el pomo de una puerta después de frotarte los pies en una alfombra.
El dispositivo, que los científicos denominaron FRTENG (para "nanogenerador triboeléctrico retardante de fuego"), puede detectar cuando los usuarios están en peligro o discapacitados porque puede sentir la diferencia entre caminar, corriendo, saltos y quietud.
"Los diferentes movimientos crean señales eléctricas con diferentes voltajes y corrientes, "dijo Maher El-Kady, investigador asistente en UCLA y coautor del estudio. "Esas diferentes corrientes nos permiten identificar si alguien se está moviendo y cómo lo hace, por lo que el dispositivo podría integrarse en los zapatos de un bombero, por ejemplo, y enviar una señal de ayuda de forma inalámbrica en caso de emergencia ".
El nuevo dispositivo está hecho de un aerogel de carbono que es extremadamente ligero y estable a altas temperaturas. haciéndolo ideal para condiciones extremas. Crédito:UCLA y McMaster University
Ya existen nanogeradores triboeléctricos, pero debido a que utilizan materiales como plásticos y textiles inflamables, los modelos actuales no soportan el fuego ni las temperaturas extremas, dijo Kaner, quien también es un distinguido profesor de química y bioquímica, y de ciencia e ingeniería de materiales.
Para superar ese obstáculo, el nuevo dispositivo está hecho de un aerogel de carbono que inventaron los investigadores. El aerogel es extremadamente ligero (el 95 por ciento de su volumen es aire) y es estable a altas temperaturas. lo que lo hace ideal para su uso en un dispositivo ignífugo.
"El aerogel de carbono conduce la electricidad de manera eficiente y contiene materiales que son amigables con el medio ambiente, "El-Kady dijo." Debido a que el aerogel es tan ligero, el usuario ni siquiera sentiría el dispositivo ".
Para formar el aerogel, los investigadores mezclaron dos productos químicos, formaldehído y resorcinol, con fibras de poliacrilonitrilo y láminas de óxido de grafeno de apenas nanómetros de grosor; un nanómetro equivale a una mil millonésima parte de un metro, o alrededor de 1/75, 000th del ancho de un cabello humano, para crear un gel. Las nanofibras y nanohojas brindan soporte para el material ultraligero.
Luego secaron el gel para eliminar el contenido líquido, y lo calentó en una pequeña cámara llena de hidrógeno, dejando atrás un nanocompuesto de aerogel de carbono duradero pero ligero.
"Usando carga triboeléctrica, el aerogel de carbono funciona como sensor de movimiento y generador de energía, "dijo Abdelsalam Ahmed, el primer autor del estudio, un académico visitante en la Universidad McMaster. "A diferencia de los sensores tradicionales que dependen de las baterías para su energía, el nuevo dispositivo puede funcionar indefinidamente sin necesidad de ninguna fuente de alimentación ".
Para probar la resistencia al fuego del dispositivo, los científicos lo expusieron a una llama de butano durante 90 segundos. Descubrieron que no solo no extendió el fuego, pero que era autoextinguible. Y, incluso a 200 grados Celsius, la estructura del dispositivo se conservó y su salida eléctrica se mantuvo estable. A esa temperatura la mayoría de los dispositivos triboeléctricos convencionales pierden rendimiento o incluso se incendian, Dijo Kaner.
El-Kady dijo que el nuevo dispositivo también podría ser útil en misiones espaciales, para rastrear los signos vitales de los astronautas o para generar energía de emergencia. por ejemplo. Las temperaturas extremas a menudo impiden el uso de otros dispositivos electrónicos durante los vuelos espaciales.
