Notícia

Fibras de nanotubos tecidas transformam calor em energia

Fonte

Universidade Rice

Data

sexta-feira, 20 agosto 2021 07:10

Áreas

Energia. Nanotecnologia.

Nanotubos de carbono invisivelmente pequenos alinhados como fibras e costurados em tecidos tornam-se um gerador termoelétrico que pode transformar o calor do sol ou de outras fontes em energia.

O laboratório do físico Dr. Junichiro Kono, da Universidade Rice, nos Estados Unidos, liderou um esforço com cientistas da Universidade Metropolitana de Tóquio e do Carbon Hub da Universidade Rice para desenvolver fibras de nanotubos personalizadas e testar seu potencial para aplicações em grande escala.

Os experimentos em pequena escala levaram a um tecido de algodão flexível e reforçado com fibra que transformava calor em energia suficiente para alimentar um LED. Com o desenvolvimento, os pesquisadores disseram que esses materiais podem se tornar ‘blocos de construção’ para fibras e eletrônicos têxteis e coleta de energia. As mesmas fibras de nanotubos também podem ser usadas como dissipadores de calor para resfriar ativamente eletrônicos sensíveis com alta eficiência.

Um artigo sobre o projeto foi publicado na revista científica Nature Communications.

O efeito parece simples: se um lado de um material termoelétrico estiver mais quente do que o outro, ele produzirá energia. O calor pode vir do sol ou de outros dispositivos, como as placas de aquecimento usadas no experimento do tecido. Por outro lado, adicionar energia pode fazer com que o material resfrie o lado mais quente.

Até agora, nenhuma montagem macroscópica de nanomateriais exibiu o “fator de potência gigante” necessário, cerca de 14 miliwatts por metro kelvin ao quadrado, que os pesquisadores da Universidade Rice mediram em fibras de nanotubos de carbono.

“O fator de potência informa quanta densidade de potência você pode obter de um material com certa diferença de temperatura e gradiente de temperatura”, disse Natsumi Komatsu, estudante de pós-graduação da Universidade Rice e principal autora do artigo. Ela observou que o fator de potência de um material é um efeito combinado de sua condutividade elétrica e o que é conhecido como coeficiente de Seebeck, uma medida de sua capacidade de traduzir diferenças térmicas em eletricidade. “A condutividade elétrica ultra-alta desta fibra foi um dos principais atributos”, disse Natsumi Komatsu.

A fonte desta superpotência também se relaciona com o ajuste da energia Fermi inerente dos nanotubos, uma propriedade que determina o potencial eletroquímico. Os pesquisadores foram capazes de controlar a energia Fermi dopando quimicamente os nanotubos transformados em fibras pelo laboratório do Dr. Matteo Pasquali, permitindo que eles ajustem as propriedades eletrônicas das fibras.

Embora as fibras testadas tenham sido cortadas em centímetros de comprimento, Natsumi Komatsu disse que não há razão para que os dispositivos não possam usar as excelentes fibras de nanotubos do laboratório do Dr. Pasquali que são enroladas em comprimentos contínuos. “Não importa onde você os mede, eles têm a mesma condutividade elétrica muito alta”, disse ela. “A peça que medi era pequena apenas porque minha configuração não é capaz de medir 50 metros de fibra.”

O Dr. Matteo Pasquali é diretor do Carbon Hub, que promove a expansão do desenvolvimento de materiais de carbono e hidrogênio de uma forma que também muda fundamentalmente a forma como o mundo usa hidrocarbonetos fósseis.

“As fibras de nanotubos de carbono estão em um caminho de crescimento constante e estão se mostrando vantajosas em mais e mais aplicações. Em vez de desperdiçar carbono queimando-o em dióxido de carbono, podemos ‘consertá-lo’ como materiais úteis que têm mais benefícios ambientais na geração e transporte de eletricidade”, concluiu o pesquisador.

Acesse o artigo científico completo (em inglês).

Acesse a notícia completa na página da Universidade Rice (em inglês).

Fonte: Mike Williams, Universidade Rice. Imagem: Natsumi Komatsu mostra um tecido de algodão flexível aprimorado com fibra de nanotubo de carbono que transforma calor em energia suficiente para alimentar um LED. Fonte: Jeff Fitlow, Universidade Rice.