El grafeno podría expandir el uso de TENG para dispositivos de energía inteligente

El grafeno podría expandir el uso de TENG para dispositivos de energía inteligente


La invención de los nanogeneradores triboeléctricos (TENG) generó un plan innovador para abordar los acuciantes problemas energéticos del mundo. Para lograr TENG con un rendimiento excepcional, un artículo de investigación publicado en ACS Applied Electronic Materials informó sobre el desarrollo de láminas de politetrafluoroetileno integradas con nanoláminas de grafeno utilizando dispositivos de moldeo por microinyección.

El dopaje de TENG con grafeno podría expandir las aplicaciones de dispositivos de energía inteligente​​​​​​

​​​​​​Estudio: Las nanoláminas de grafeno mejoran la producción triboeléctrica de las películas de PTFE. Créditos de las fotos: Producción Perig/Shutterstock.com

Nanogenerador triboeléctrico – fuente de energía del futuro

Con el agotamiento cada vez mayor de los combustibles fósiles tradicionales y el aumento significativo en el consumo mundial de electricidad, la creación de fuentes de energía sostenibles y bajas en carbono es crucial para lograr un estado mundial estimado de cero emisiones de carbono para 2050.

El innovador nanogenerador triboeléctrico (TENG), construido sobre láminas de polímero, genera energía eléctrica mediante el uso de la acción acoplada de inducción electrostática y triboelectrificación

Permite avances significativos en el desarrollo de dispositivos a escala micro y nano para recolectar energías mecánicas y biomecánicas aleatorias de baja frecuencia en la vida cotidiana y proporciona una forma práctica de abordar el problema energético y los desafíos ambientales siempre presentes.

Mejorar el rendimiento de los TENG

Se han realizado importantes esfuerzos para mejorar el rendimiento triboeléctrico de los TENG en entornos exigentes. La incorporación de componentes a escala nano y micro (también conocidos como nanocompuestos) en el componente triboeléctrico negativo ha demostrado ser una técnica simple y exitosa para mejorar la eficiencia triboeléctrica de la salida TENG.

El grafeno y las sustancias relacionadas son muy buscados para la producción de TENG altamente potentes debido a sus propiedades distintas y notables. La combinación de materiales 2D con nanogeneradores triboeléctricos mejora la eficiencia de salida triboeléctrica de los prometedores TENG bidimensionales y amplía sus aplicaciones potenciales en sistemas de recolección de energía y tecnologías de sensores autosuficientes.

En los últimos años, se han realizado innumerables investigaciones sobre la superlubricidad (definida como el coeficiente de fricción en la escala de 0,001) del grafeno y materiales bidimensionales relacionados.

Con base en este trabajo, se plantea la hipótesis de que el dopaje de materiales de grafeno en capas de polímero de politetrafluoroetileno (PTFE) no solo puede inducir la lubricación de los tribomateriales, sino también proporcionar una eficiencia triboeléctrica excepcional en los TENG obtenidos, lo que los convierte en excelentes contendientes para el estado de la tecnología. la disrupción del arte hace avances tecnológicos.

Aspectos destacados de investigación

En este trabajo de investigación, los investigadores lograron fabricar nanogeneradores triboeléctricos de alta eficiencia construidos sobre láminas de PTFE dopadas con nanoláminas de grafeno. Las películas de PTFE de este estudio se produjeron utilizando un equipo de moldeo por microinyección convencional. La influencia de la cantidad de nanoláminas de grafeno incorporadas en el comportamiento triboeléctrico de las capas de PTFE se investigó mediante experimentos.

Se describió con más detalle la estabilidad operativa a largo plazo y la solidez de los nanogeneradores triboeléctricos construidos con láminas de GN-PTFE. Se estudiaron los procesos que sustentan el notable comportamiento triboeléctrico de los nanogeneradores triboeléctricos de GN-PTFE en términos de cambios estructurales y de composición en las superficies degradadas de los tribomateriales.

Este estudio puede proporcionar una técnica general para aumentar la estabilidad y la longevidad de los nanogeneradores triboeléctricos de alto rendimiento, ampliando así sus aplicaciones potenciales en el campo de los sistemas de energía avanzados.

Hallazgos importantes

Los hallazgos sistémicos mostraron que a medida que aumentaba el número de nanoláminas de grafeno incrustadas, la eficiencia de salida triboeléctrica del nanogenerador triboeléctrico construido en la lámina de GN-PTFE aumentaba y finalmente disminuía, con el valor más alto obtenido a 32 mg de dopante.

La inserción de nanoláminas de grafeno en la lámina de PTFE aumentó considerablemente la eficiencia de salida triboeléctrica del nanogenerador triboeléctrico desarrollado.

Además, se observó que la eficiencia de salida triboeléctrica del TENG fabricado a partir de la lámina de GN-PTFE no se vio afectada por el proceso de 10 000 ciclos de roscado con los dedos.

Las propiedades morfológicas y la composición química de las películas de PTFE y GN-PTFE se estudiaron mediante microscopía láser confocal 3D, microscopía óptica, SEM y espectroscopía Raman.

La distribución homogénea de nanoláminas de grafeno a microescala en el marco de PTFE condujo a la formación de capas de transferencia ricas en grafeno en la superficie de contacto, aumentando así la resistencia a la abrasión de la lámina de GNPTFE, así como la estabilidad operativa y la longevidad del nanogenerador triboeléctrico construido sobre la película de PTFE incrustada en nanoláminas de grafeno.

Alcance en la aplicación práctica

El uso del TENG integrado en la película de GNPTFE mostró que 100 LED se iluminaron simultáneamente mediante un método de toques periódicos con los dedos, lo que indica perspectivas significativas en los desafiantes regímenes energéticos a micro y nanoescala.

El equipo de moldeo por microinyección ha demostrado ser un recurso útil para la fabricación rápida, de bajo costo y de gran volumen de grafeno, así como de otros tribomateriales poliméricos integrados en materiales 2D en sistemas TENG de próxima generación.

Relación

Yang P, Wang P y Diao D (2022). Las nanoláminas de grafeno mejoraron la producción triboeléctrica de las láminas de PTFE. Materiales electrónicos aplicados ACS. Disponible en: https://doi.org/10.1021/acsaelm.2c00334

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