Novo material altamente eficiente transforma o movimento em energia - sem chumbo tóxico
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Os cientistas desenvolveram um novo material que converte o movimento em eletricidade (piezoeletricidade) com maior eficiência e sem utilizar chumbo tóxico - abrindo caminho para uma nova geração de dispositivos que utilizamos no dia a dia.
Da esquerda para a direita, o Dr. Benjamin M. Gallant, o Dr. Dominik J. Kubicki e o Dr. Shrestha Banerjee em frente a um instrumento de RMN de estado sólido no Edifício de Ciências Moleculares da Universidade de Birmingham.
University of Birmingham/University of Oxford
Publicando a sua descoberta no Journal of the American Chemical Society de hoje (26 de novembro), investigadores da Universidade de Birmingham, da Universidade de Oxford e da Universidade de Bristol descrevem um material que é simultaneamente durável e sensível ao movimento - abrindo possibilidades para uma vasta gama de dispositivos inovadores, tais como sensores, eletrónica vestível e dispositivos auto-alimentados.
Baseado no iodeto de bismuto, um sal inorgânico com baixa toxicidade, o novo material macio e híbrido rivaliza com o desempenho das cerâmicas tradicionais à base de chumbo, mas com menor toxicidade e processamento mais fácil. Não contém chumbo em comparação com as alternativas existentes de elevado desempenho, como o PZT (titanato de zirconato de chumbo), que contém 60% de chumbo, e pode ser produzido à temperatura ambiente em vez de a 1000°C.
Os materiais piezoeléctricos geram carga eléctrica quando pressionados ou dobrados e podem também deformar-se quando é aplicado um campo elétrico. São essenciais para tecnologias que vão desde os actuadores de precisão - utilizados em produtos como a focagem automática de câmaras e as bombas de impressoras a jato de tinta - até aos sensores de captação de energia incorporados em tecnologia vestível, como os rastreadores de fitness, o vestuário inteligente e os sistemas de airbag dos automóveis.
A autora principal, Dra. Esther Hung, do Departamento de Física da Universidade de Oxford, que liderou a investigação, afirmou: "Ao afinar as interações entre os componentes orgânicos e inorgânicos, conseguimos criar uma instabilidade estrutural delicada que quebra a simetria na medida certa.
"Esta interação entre ordem e desordem é o que dá ao material a sua excecional resposta piezoeléctrica. É uma abordagem à piezoeletricidade diferente da dos materiais tradicionais, como o titanato de zirconato de chumbo (PZT), e foi isso que conduziu a estas grandes melhorias."
O mercado global de materiais piezoeléctricos vale mais de 35 mil milhões de dólares e continua a crescer rapidamente - impulsionado pela procura nos sectores automóvel, da saúde, da robótica e da eletrónica de consumo, onde os dispositivos que convertem o movimento em eletricidade ou em movimentos precisos são essenciais.
Os investigadores da Universidade de Birmingham utilizaram a difração de raios X de cristal único e a ressonância magnética nuclear (RMN) de estado sólido para compreender o comportamento do material. Descobriram que a forma como as partes orgânicas e inorgânicas se unem através da ligação de halogéneos pode ser utilizada para alterar quando e como o material muda a sua estrutura, bem como para melhorar o desempenho piezoelétrico. Este conhecimento poderá também ser útil para melhorar o desempenho piezoelétrico de outros materiais que combinam elementos orgânicos e inorgânicos.
O Dr. Benjamin Gallant, da Universidade de Birmingham, que dirigiu o estudo de RMN, afirmou: "Como investigador em início de carreira, é empolgante participar numa investigação com o poder de transformar a nossa sociedade - quase todos os dispositivos que usamos no nosso dia a dia contêm piezoeléctricos".
A investigação foi supervisionada conjuntamente pelo Professor Henry Snaith (Oxford), pelo Dr. Harry Sansom (Bristol) e pelo Dr. Dominik Kubicki (Birmingham), reunindo conhecimentos especializados em novos materiais, conceção de cristais e caraterização da estrutura a nível atómico.
O Dr. Dominik Kubicki, da Universidade de Birmingham, afirmou: "Com um desempenho comparável ao dos piezoeléctricos comerciais, mas fabricados a partir de bismuto não tóxico, esta descoberta constitui uma nova via para tecnologias ambientalmente responsáveis que podem alimentar sensores, implantes médicos e a eletrónica flexível do futuro".
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Inglês pode ser encontrado aqui.
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