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» » » Polímeros electroactivos: Cosecha de energía a través de materiales inteligentes

Referencia: Phys.org, 26 de enero 2016
"Electrostrictive polymers: Energy harvesting via smart materials"
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La recolección de energía se está convirtiendo en un método viable para dispositivos electrónicos, aprovechar la energía ambiental de su entorno y convertirla en energía eléctrica lista para ser almacenada. Esta codiciada tecnología tiene el potencial de servir como una fuente de alimentación alternativa para las baterías que son instaladas en los dispositivos electrónicos inalámbricos, móviles y autónomos.

Ilustración en esquema del experimento para la cosecha de energía via polímeros electroactivos.
Un grupo de materiales inteligentes, conocidos como "polímeros electroactivos", se han explorado durante años por los investigadores del INSA de Lyon por sus potenciales capacidades para la recolección de energía mecánica. Esta semana en el journal Applied Physics Letters, el grupo informa de la introducción de un plastificante en estos materiales ofrece una eficiente forma de mejorar su rendimiento.

Este es un avance significativo porque uno de los mayores retos para el desarrollo de la recolección de energía mecánica a través de polímeros electroactivos es que sean capaces de mejorar su rendimiento.

Como grupo de materiales inteligentes, los polímeros electroactivos pueden producir una tensión de campo inducido cuando se expone a un campo eléctrico externo aplicado. "Y esta tensión tiene una ecuación cuadrática, descrita por una relación de segundo grado con el campo eléctrico aplicado", explicaba Xunqian Yin, autor principal e investigador del INSA de Lyon.

Desde hace tiempo, los centros de trabajo en grupo estudian el efecto piezoeléctrico, que se refiere a la acumulación de carga eléctrica en ciertos sólidos cristalinos sin un centro simétrico, en respuesta a una tensión mecánica aplicada.

En este caso, "los polímeros electroactivos no son piezoeléctricos al natural", dijo Yin. "Sin embargo, el efecto pseudo-piezoeléctrico puede ser inducido en los polímeros electroactivos cuando están expuestos a una polarización aplicada a un gran campo eléctrico DC. Como resultado, se adoptó el efecto pseudo-piezoeléctrico para la recolección de energía mecánica a través de polímeros electroactivos."

El grupo estudió las influencias que tenía la recolección de energía mecánica a través de una variedad de condiciones de funcionamiento, incluyendo el gran campo de polarización eléctrica DC aplicada, así como la aplicación de la amplitud y frecuencia de una tensión externa. Ellos descubrieron que el aumento de la polarización aplicada proporcionaba una forma de mejorar la eficiencia de conversión de energía.

En particular, cuando trabajaban con un "terpolímero" plastificante modificado, la recolección de energía ofrecía un mejor rendimiento mecánico, especialmente cuando se impuso un mismo nivel de fuerza, y podía ser aprovechado para crear sensores de fuerza altamente sensibles. "La naturaleza dieléctrica y mecánica de la 'pérdida' del terpolímero modificado jugaba un papel importante en la recolección de energía basada en los polímeros electroactivos", comentó Yin.

Gracias a su gran coeficiente pseudo-piezoeléctrico, "la película delgada del terpolímero modificado puede conducir a los sensores activos piezoeléctricos, como los sensores de fuerza," señalaba Yin. "La combinación de estos sensores junto a la fabricación con tecnologías avanzadas de inyección de tinta o impresión 3D, debería hacer más fácil construir una red de sensores."

Posteriormente, el grupo planea explorar "el papel que juega la disipación del polímero electroestrictivo durante el proceso de conversión de energía mecánica a eléctrica, a fin de establecer directrices para el desarrollo de las cosechadoras de energía mecánica basadas en polímeros electroactivos."

El grupo también intentará "encontrar un plastificante más eficiente para modificar el terpolímero, de manera que pueda contribuir a reducir las pérdidas de energía y también mejorar sus actuaciones electromecánicas bajo la aplicación de un bajo campo eléctrico", agregó Yin. "Cuanto menor sea el campo eléctrico, más seguro y más conveniente para las aplicaciones".

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--Ilustración en esquema del experimento para la cosecha de energía via polímeros electroactivos.
-Publicación: "Mechanical energy harvesting via a plasticizer-modified electrostrictive polymer" Xunqian Yin, Mickaël Lallart, Pierre-Jean Cottinet, Daniel Guyomar and Jean-Fabien Capsal, Applied Physics Letters, January 26, 2016, DOI: 10.1063/1.4939859 .
-Fuente: American Institute of Physics

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