Aproveitando defeitos em nanoescala em cromita atomicamente fina, os pesquisadores construíram um dispositivo dobrável que produz volts a partir das ondas do oceano.
Estudar: Coleta de energia das ondas induzida por tensão usando cromita atomicamente fina. Crédito da imagem: Vallabh Soni/Shutterstock.com
Os pesquisadores mostraram como a cromita atomicamente fina, derivada de minério de cromita naturalmente rico em defeitos, pode converter o movimento suave das ondas do oceano em energia elétrica por meio da modulação da carga superficial induzida por tensão.
Suas descobertas, publicadas em Nanoescalarevelam um nanogerador flexível e resistente à corrosão projetado para ambientes marinhos.
Os materiais 2D há muito atraem a atenção para a coleta de energia devido às suas excepcionais propriedades eletrônicas e mecânicas. Cromiteen, uma forma em camadas de FeCr2Ó4se destaca por sua estabilidade química, alta densidade de carga superficial e capacidade de hospedar defeitos naturais que influenciam o comportamento dos elétrons.
Quando tais materiais sofrem tensão mecânica, eles sofrem redistribuição de carga em escala atômica, um mecanismo que pode gerar eletricidade útil por meio da flexoeletricidade.
Como o Cromiteen foi formado
Os pesquisadores esfoliaram o minério de cromita usando esfoliação em fase líquida, produzindo folhas de poucas camadas verificadas por meio de medições de SEM, AFM, XRD, FTIR e potencial zeta.
Essas nanofolhas foram então encapsuladas em poliuretano termoplástico (TPU), criando um compósito flexível no qual a deformação aplicada ao polímero é transferida diretamente para o cromita incorporado.
Este filme formou o núcleo de um nanogerador projetado para imitar o movimento das ondas de água. A flexão mecânica produziu níveis de deformação controlados de até 4,2%, permitindo à equipe acompanhar como a deformação afetou a geração de carga.
Obtenha todos os detalhes: Pegue seu PDF aqui!
Investigando como defeitos superficiais produzem energia
A espectroscopia Raman revelou mudanças de pico distintas e divisão sob tensão, confirmando a quebra da simetria da rede, que é uma assinatura flexoelétrica chave.
As medições do potencial Zeta indicaram uma superfície carregada negativamente, enquanto a microscopia confirmou a presença de lacunas e irregularidades estruturais introduzidas durante a esfoliação.
Quando testado em um simulador de ondas, o dispositivo chromiteen-TPU produziu uma tensão de circuito aberto de cerca de 5 V sob condições de alta turbulência.
A produção aumentou consistentemente com a deformação e a intensidade das ondas, refletindo a relação direta entre a deformação mecânica e a geração elétrica.
Para entender como a tensão e os defeitos moldam o comportamento eletrônico, os pesquisadores usaram cálculos da teoria do funcional da densidade (DFT). Modelos de cromiten puro, tenso e deficiente em oxigênio mostraram redistribuição clara de carga, comprimentos de ligação alterados e estados eletrônicos localizados próximos a vagas.
Esses efeitos contribuem para melhorar a polarização e melhorar o desempenho do dispositivo sob carga mecânica.
Testes mecânicos mostraram que o filme composto poderia esticar várias vezes seu comprimento unique antes de quebrar, com as folhas 2D reforçando a matriz de TPU.
Quando submerso em água salgada durante vários dias, o filme manteve a sua integridade estrutural geral, embora a produção elétrica tenha caído cerca de 35% devido à oxidação da superfície, indicando durabilidade, mas não imunidade whole à corrosão.
Conclusão
Este trabalho demonstra como o cromita ultrafino, suportado por encapsulamento de polímero e estruturas de defeitos inerentemente ricas, pode gerar uma saída elétrica significativa a partir do movimento das ondas no mundo actual.
Embora a exposição a longo prazo à água salgada ainda afete o desempenho, a combinação de flexibilidade, capacidade de resposta em escala atômica e compatibilidade marinha posiciona os dispositivos baseados em cromita como candidatos promissores para alimentar sensores oceânicos distribuídos e pequenos eletrônicos marinhos.
Referência do diário
Mathias R., e outros. (2025). Coleta de energia das ondas induzida por tensão usando cromita atomicamente fina. Nanoescala. DOI: 10.1039/d5nr04273a