La humedad mejora el rendimiento del nanogenerador impreso en 3D en lugar de degradarlo
El equipo comenzó comparando tres monómeros acrílicos reticulados con diacrilato de polietilenglicol
La gran mayoría, de una u otra manera, ha experimentado la electricidad estática en su vida. Ya sea mediante un chispazo al abrir la puerta del coche o al pasar un peine de plástico por nuestro cabello. Sin embargo, la misma gran mayoría desconoce exactamente por qué se produce o qué es exactamente, a pesar de ser un fenómeno común.
La electricidad estática es el resultado de un desequilibrio de cargas eléctricas entre dos materiales. Si bien estas cargas suelen estar equilibradas, cuando dos materiales se tocan y luego se separan, el equilibrio puede romperse. Cuando la carga de la acumulación de carga estática se libera, sentimos pequeños chispazos. Si bien a veces resultan molestos, no presentan un riesgo para la salud por su bajo amperaje.
Uno de los principales enemigos de la electricidad estática suele ser la humedad. Si bien no siempre la elimina, en muchas ocasiones lo hace. Cuando se añade humedad, la energía de una superficie cargada desaparece casi instantáneamente, pues se forman finas capas de agua que la disipan silenciosamente. Esta propiedad básica del agua ha limitado durante mucho tiempo el rendimiento de los nanogeneradores triboeléctricos (TENG). Pero parece qua ya no.
El objetivo: hacer que la capa tribológica sea altamente hidrofílica
Los nanogeneradores triboeléctricos son dispositivos pequeños que convierten energía mecánica en electricidad aprovechable. Funcionan mediante el efecto triboeléctrico, generando una corriente eléctrica al entrar en contacto y separarse de dos materiales distintos. Son ideales para alimentar sensores y dispositivos wearables, como ropa, zapatos o calcetines inteligentes que generan energía con el movimiento diario.
El problema de los nanogeneradores triboeléctricos es que su rendimiento suele disminuir drásticamente cuando la humedad relativa supera el 60 o el 70 %, y la piel humana, las cavidades corporales y los climas tropicales superan ese umbral. Los investigadores han intentado proteger la superficie de los TENG haciéndolas repelentes al agua o sellando los dispositivos dentro de un embalaje impermeable
No obstante, ninguna se adapta bien, por lo que un nuevo enfoque invierte la lógica: hacer que la capa tribológica sea altamente hidrofílica para que el agua ligada contribuya a la generación de carga en lugar de absorberla. Un estudio publicado en Advanced Functional Materials, titulado 'Redes poliméricas higroscópicas impresas en 3D para nanogeneradores triboeléctricos de alta humedad que alimentan de forma inalámbrica dispositivos electrónicos implantables: una vía conceptual', describe una resina fotocurable que aborda directamente esta deficiencia.
Los autores formularon redes poliméricas que la impresión 3D de pantallas de cristal líquido (LCD) puede moldear en geometrías delicadas, y diseñaron dichas redes para atrapar agua mediante una densa red de grupos químicos polares. Las películas resultantes no solo toleran el aire húmedo, sino que su rendimiento mejora a medida que aumenta la humedad.
El equipo comenzó comparando tres monómeros acrílicos reticulados con diacrilato de polietilenglicol para formar películas delgadas de aproximadamente 200 micrómetros de espesor. De las tres formulaciones, la que contenía grupos amida produjo la respuesta más fuerte. Con una concentración del 5 % en peso, la formulación alcanzó 45,6 microamperios, 802 voltios y una densidad de potencia máxima de 48,4 vatios por metro cuadrado a una humedad relativa del 90 %.