Anastasiia Sapon para The New York Times
Anastasiia Sapon para The New York Times

Materiais superfinos podem ser chave para melhores baterias e veículos limpos

Pesquisador cria dispositivo que pode absorver energia das ondas wi-fi do ambiente

Amos Zeeberg, The New York Times

17 de janeiro de 2020 | 06h00

Os dispositivos conectados à internet colonizaram uma série de novas fronteiras - refrigeradores, campainhas, carros. Mas, para alguns pesquisadores, a difusão da “internet das coisas” pode ir muito além. “E se pudéssemos incorporar funções eletrônicas a praticamente tudo?", indagou recentemente o engenheiro elétrico Tomás Palacios, do Massachusetts Institute of Technology.

“E se coletássemos em energia a partir de células solares dentro das vias expressas, com sensores de desgaste em túneis e pontes para monitorar o estado do concreto? E se pudéssemos olhar pela janela e receber a previsão do tempo no vidro? Ou incorporar eletrônicos ao meu casaco para monitorar meus sinais vitais?”

Em janeiro de 2019, Palacios e seus colegas publicaram um estudo na revista Nature descrevendo uma invenção que aproximaria esse futuro de nós: uma antena capaz de absorver o caldo primordial cada vez mais denso de redes wi-fi, Bluetooth e celular, transformando-o em energia elétrica utilizável.

A chave está em um material promissor: o dissulfeto de molibdênio, ou MoS2, depositado em uma camada de espessura de apenas três átomos. No mundo da engenharia, é difícil alcançar uma espessura menor. E essa espessura ultra-fina pode ser muito útil. Uma camada de MoS2 pode ser aplicada a uma mesa, transformando-a em um carregador de notebook sem recorrer a fios.

A loucura da química bidimensional teve início em 2004, quando pesquisadores da Universidade de Manchester usaram fita celofane para extrair camadas de carbono com um átomo de espessura a partir de pedaços de grafite, formando o grafeno. Este tem composição idêntica ao grafite e ao diamante, mas sua espessura o torna flexível, transparente, extremamente resistente e excepcionalmente condutivo da eletricidade e do calor.

Recentemente, várias empresas lançaram fones de ouvido equipados com diafragmas - as membranas vibratórias que produzem o som nos dispositivos de áudio - feitas de grafeno. Alguns fabricantes de tintas estão acrescentando o grafeno a suas fórmulas para que seus produtos durem mais.

Em outubro, a Huawei lançou o Mate 20 X, um grande e poderoso celular que usa o grafeno para resfriar o processador. A Samsung usou o grafeno desenvolver uma bateria que carrega mais rapidamente, que deve ser incluída nos modelos de celulares em um futuro próximo.

O pesquisador Jeff Urban, da Molecular Foundry, no Laboratório Nacional Lawrence, em Berkeley, Califórnia, trabalha com materiais 2-D para aprimorar as células de combustível, que atraíram o interesse enquanto sistema limpo de propulsão para veículos sustentáveis. A maioria das células de combustível gera energia a partir do hidrogênio, mas mesmo sob altíssima pressão o gás de hidrogênio ocupa muito mais espaço que uma quantidade comparável de gasolina, o que torna seu uso em automóveis pouco prático.

Em vez disso, Urban está incorporando átomos de hidrogênio a materiais sólidos, muito mais densos que os gases. Em março, ele e os colegas anunciaram um novo suporte de armazenamento: pequenos cristais de magnésio envoltos em fitas estreitas chamadas de nanotiras de grafeno. Eles descobriram que, quando armazenado dessa forma, o hidrogênio pode fornecer quase a mesma energia que um volume comparável de gasolina, ao mesmo tempo pesando muito menos.

Em outros lugares, pesquisadores estão usando camadas superfinas de materiais e empilhando-as em blocos tridimensionais com propriedades distintas dos materiais bidimensionais e tridimensionais. O químico Kwabena Bediako, da Universidade da Califórnia, em Berkeley, publicou no ano passado um estudo na revista Nature descrevendo como ele e os colegas incorporaram íons de lítio entre muitas camadas de materiais bidimensionais, incluindo o grafeno.

Ao variar as diferentes camadas na pilha tridimensional, os pesquisadores conseguiram ajustar sua forma de armazenar o lítio, possivelmente levando ao desenvolvimento de novas baterias de alta capacidade para dispositivos eletrônicos. A pesquisadora Xining Zang, que busca seu pós-doutorado em ciência de materiais pelo MIT, descobriu recentemente uma maneira surpreendentemente fácil de construir pilhas de materiais bidimensionais usando a gelatina, ingrediente que conferee a textura aos marshmallows, entre outros. Ela e os colegas combinaram a gelatina com íons de metal e água.

A gelatina formou camadas, dispondo os íons de metal em camadas também. Parte do carbono na gelatina reagiu com o metal para produzir folhas bidimensionais de carbetos metálicos; esses funcionam como catalisadores para ajudar a separar a água em oxigênio e hidrogênio, processo que pode ser empregado para gerar eletricidade nas células de combustível.

“É um processo muito elegante se prestarmos atenção aos detalhes", disse o cientista Nate Hohman, que já integrou a equipe da Molecular Foundry e é um dos autores do estudo. “Situa-se na intersecção entre tecnologia avançada e a tecnologia simples.” / TRADUÇÃO DE AUGUSTO CALIL

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