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No futuro, inovação poderá permitir o funcionamento de wearables, como relógios, apenas com a temperatura do corpo
O Instituto Coreano de Ciência e Tecnologia (KIST) acaba de anunciar o lançamento de um dispositivo termoelétrico flexível, com alto desempenho de geração de energia, que maximiza a flexibilidade e a eficiência de transferência de calor. O dispositivo, que permite captação de energia em contato com fontes de calor – como pele humana e canos de água quente –, foi desenvolvido por pesquisadores da Coreia do Sul.
A equipe é liderada pelo Dr. Seungjun Chung, do Centro de Pesquisa de Materiais Híbridos Macios, e o Professor Yongtaek Hong, do Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação da Universidade Nacional de Seul. Além da nova tecnologia, os pesquisadores apresentaram um plano de produção em massa do dispositivo por meio de um processo automatizado, incluindo um processo de impressão.
Como funciona
Um dispositivo termoelétrico é um dispositivo de conversão de energia que usa a voltagem gerada pela diferença de temperatura entre as duas extremidades de um material. Ele é capaz de converter a energia térmica, como o calor residual de locais industriais, em eletricidade comum, que pode ser usada no cotidiano.
Os dispositivos termoelétricos tradicionais são rígidos, porque são compostos de eletrodos e semicondutores à base de metal duro, dificultando a absorção total das fontes de calor de superfícies irregulares. Para desenvolver o novo dispositivo, os pesquisadores sul-coreanos realizaram estudos sobre o desenvolvimento de dispositivos termoelétricos flexíveis, capazes de gerar energia em contato próximo com fontes de calor, a como pele humana.
A eficiência de transferência de energia térmica de substratos existentes usados para pesquisa em dispositivos termoelétricos flexíveis é fraca, por causa da baixa condutividade térmica. Sua eficiência de absorção de calor também é reduzida em virtude da falta flexibilidade, formando uma camada de proteção à alta temperatura – ar, por exemplo –, quando em contato com uma fonte de calor.
Para resolver o problema, diversos dispositivos termoelétricos baseados em material orgânico com alta flexibilidade têm sido desenvolvidos, mas sua aplicação é difícil, porque eles apresentam menor desempenho do que os dispositivos termoelétricos rígidos, que são baseados em material inorgânico.
A equipe de pesquisa sul-coreana conduziu experimentos para melhorar a flexibilidade conectando um dispositivo termoelétrico de alto desempenho baseado em material inorgânico a um substrato extensível composto de nanofios de prata. O dispositivo termoelétrico resultante apresentou excelente flexibilidade, permitindo um funcionamento estável mesmo quando dobrado ou esticado.
Além disso, partículas de metal com alta condutividade térmica foram inseridas dentro do substrato extensível para aumentar a capacidade de transferência de calor e a geração de energia. Ao mesmo tempo, os pesquisadores automatizaram todo o processo, desde a plataforma suave até o desenvolvimento do material, possibilitando a produção em série do dispositivo.
Usos do novo dispositivo
O novo dispositivo pode ser utilizado um sensor de alta temperatura em espaços industriais ou como um sensor de detecção de distância sem bateria para permitir a direção autônoma, usando a diferença de temperatura dentro e fora do carro. Espera-se também que o dispositivo seja capaz de resolver o problema da fonte de alimentação para um sistema de sensor baseado em bateria, que apresenta risco de explosão em ambientes de alta temperatura.
Segundo o Dr. Seungjun Chung, daqui para frente, a equipe pretende desenvolver uma plataforma termoelétrica flexível que poderá operar wearables (ou dispositivos vestíveis), como relógios e pulseiras, somente com temperatura corporal. Para ele, os resultados de pesquisa são significativos, porque o material composto funcional, a plataforma do dispositivo termoelétrico e o processo automatizado de alto rendimento desenvolvidos pelo estudo poderão contribuir para a comercialização de vestíveis sem bateria no futuro.
