O rápido desenvolvimento da tecnologia vestível recebeu outro impulso a partir de um novo desenvolvimento utilizando grafeno para dispositivos eletrônicos impressos. Uma nova pesquisa da Universidade de Manchester criou um bateria flexível impressa diretamente sobre tecido usando uma técnica simples de serigrafia. O maior obstáculo da tecnologia vestível é como alimentar os dispositivos sem a necessidade de baterias pesadas.

Baterias flexíveis em tecidos feitas por estamparia

Dispositivos conhecidos como supercapacitores são uma maneira de conseguir isso. Um supercapacitor age de forma semelhante a uma bateria, mas permite o carregamento rápido, que pode carregar totalmente os dispositivos em segundos. Agora, um dispositivo de supercapacitores flexível em estado sólido foi desenvolvido utilizando tinta condutora de óxido de grafeno para imprimir em tecido de algodão. Os eletrodos impressos exibiram excelente estabilidade mecânica devido à forte interação entre o substrato da tinta e o tecido.

Além disso, com o desenvolvimento de tinta condutora com óxido de grafeno, os supercapacitores impressos poderiam transformar o vasto potencial de tecnologia vestível na moda através de roupas esportivas inteligentes que monitoram o desempenho, dispositivos de monitoramento de saúde incorporados, dispositivos leves para militares, novas classes de dispositivos de comunicação móveis e até computadores portáteis são apenas algumas das aplicações que poderiam se tornar disponíveis após mais investigação e desenvolvimento.

Para alimentar estes novos dispositivos portáteis, o sistema de armazenamento de energia deve ter flexibilidade mecânica razoável, além de alta energia e densidade de potência, boa segurança operacional, longa vida e ser de baixo custo.

Dr Nazmul Karim, do National Graphene Institute e co-autor do estudo, disse: “O desenvolvimento do supercapacitor flexível de grafeno para tecido usando uma técnica de impressão simples e escalável é um passo significativo para a realização multifuncional próxima geração de tecidos inteligentes.”

“Ele vai abrir possibilidades de fazer um tecido inteligente prático de usar e de baixo custo ambiental que pode armazenar energia e monitorar a atividade humana e condição fisiológica ao mesmo tempo“. Óxido de grafeno é uma forma de grafeno que pode ser produzido de forma relativamente barata em uma solução de tinta. Esta solução pode ser aplicada aos tecidos para criar supercapacitores que se tornam parte do próprio tecido.

Dr. Amor Abdelkader, também co-autor do estudo, disse: “Os tecidos são alguns dos substratos mais flexíveis, e pela primeira vez, nós imprimimos um dispositivo estável, que pode armazenar energia e ser tão flexível quanto o algodão.

“O dispositivo também é lavável, o que torna praticamente possível usá-lo para as futuras roupas inteligentes. Acreditamos que este trabalho vai abrir a porta para imprimir outros tipos de dispositivos em tecido usando tintas para materiais bidimensionais.”

A Universidade de Manchester está concluindo a construção de sua segunda fábrica de grafeno para complementar o National Graphene Institute (NGI). Previsto para ser concluído 2018, o Graphene Engineering Innovation Centre (GEIC) será um centro de pesquisa e de tecnologia internacional. O GEIC vai oferecer ao Reino Unido a oportunidade única para estabelecer um papel de liderança no grafeno e materiais bidimensionais relacionados. O GEIC será principalmente liderado pela indústria e se concentra num piloto de produção e caracterização.

Tinta eletrônica pode criar tecidos que mudam de cor e estampa

E qual a utilidade prática para uma bateria flexível impressa diretamente sobre tecido? Fornecer a energia necessária para alimentar a tinta eletrônica que recobre o tecido, e assim possibilitar que possa mudar de cor e estampa. Mas como a bateria flexível poderia ser carregada? Com o movimento e calor do corpo humano!

Muitas pessoas conhecem o papel eletrônico E-ink através dos livros digitais ou e-readers com imagens em preto e branco. A tecnologia tem baixíssimo consumo de energia pois a carga elétrica é utilizada apenas para formar os textos e imagens. Uma vez formado o texto, a tela pára de consumir energia. Os mais recentemente papeis eletrônicos possuem telas coloridas  que podem mostrar imagens coloridas e vídeos para dispositivos portáteis.

Uma das maneiras mais interessantes e potencialmente revolucionárias de usar a tinta eletrônica no futuro seria imprimi-la sobre tecido. No vídeo abaixo, você pode ver uma tela de E-ink incorporada em um pedaço de tecido que pode ser manuseado e enrolado facilmente. Em 2027 essa tecnologia estará tão avançada por causa da adição do grafeno, nanocelulose ou outra tecnologia disruptiva que teremos tecidos flexíveis e maleáveis que mudam de cor e estampa instantaneamente.

O “vestido de E-ink” do vídeo foi feito de papel eletrônico mas serve como uma antecipação de como serão os tecidos “camaleônicos” do futuro. Essa será a maior revolução na indústria têxtil de todos os tempos, tornando obsoletas todas as indústrias de corantes, tingimentos e estamparia têxtil. Além é claro do conceito de “tendência de moda” pois as cores e estampas das roupas e acessórios mudarão várias vezes ao dia de acordo com o gosto dos usuários. Cada um fará a sua própria “tendência”.

Roupas com E-ink serão mais sustentáveis por mudarem constantemente, eliminando o desperdício, ao permitir mudanças de cor e estampa de forma rápida e fácil. Basicamente, este tipo de tecnologia será um dos promotores da moda circular e ao mesmo tempo ameaça o império do fast fashion pois elimina a necessidade de comprar roupas constantemente para “estar na moda”. Obviamente que será um tecido caro, mas não vale a pena ter roupas e acessórios que podem mudar de cor e estampa quando vc quiser, economizando na compra de novas peças?

Roupas de geração de energia estão chegando: Cientistas criam revestimento que transforma tecidos em circuitos

Imagine usar uma jaqueta, camiseta ou calça que alimenta o seu smartphone, rastreador de fitness ou outro dispositivo eletrônico pessoal quando você anda, corre e até mesmo quando está sentado? Essa é a ambição de vários cientistas de materiais pelo mundo, entre eles Trisha Andrew e Lu Shuai Zhang da Universidade de Massachusetts Amherst. Eles inventaram uma maneira de aplicar eletrodos respiráveis, flexíveis e livres de metais em tecidos, para que eles sejam confortáveis de usar e transportem energia suficiente para abastecer eletrônicos de pequeno porte.

Gerar pequenas correntes elétricas através do movimento das camadas de tecido é chamado de carregamento triboelétrico, onde os materiais podem se tornar eletricamente carregados quando criam atrito se movendo contra um material diferente, como esfregar um pente em um suéter. Ao intercalar diferentes camadas de materiais entre dois eletrodos condutores, alguns microwatts de energia podem ser gerados quando o corpo se movimenta.

Os cientistas usam o método de deposição de vapor para revestir tecidos com um polímero condutor, o poli (3,4-etilenodioxitiofeno) também conhecido como PEDOT, para fabricar tecidos resistentes ao alargamento e ao desgaste do uso, e que permaneçam estáveis após a lavagem e engomagem. O revestimento mais espesso que colocam é de cerca de 500 nanômetros, ou cerca de 1/10 do diâmetro de um cabelo humano, que mantém a sensação de toque de um tecido. O artigo descreve os resultados de testes realizados em 14 tecidos, incluindo cinco tipos de algodão, linho e seda.

“Nosso trabalho descreve a ciência de materiais necessários para a fabricação de condutores robustos. Nós demonstramos que eles são estáveis para a lavagem, fricção, suor humano e uma variedade de desgaste provocados pelo uso“, diz Trisha Andrew. O revestimento PEDOT não alterou a sensação de toque de qualquer tecido. O revestimento não aumentou o peso do tecido em mais de 2%. O trabalho foi apoiado pelo Gabinete de Investigação Científica da Força Aérea.

Há uma forte motivação para usar algo que já é familiar, como o fio de algodão/seda, tecidos e roupas, e adaptar imperceptivelmente a uma nova aplicação tecnológica. Este é um salto enorme para os produtos de consumo, se você não tiver que convencer as pessoas a usarem algo diferente do que eles já estão acostumadas a vestir”, acrescenta Andrew.

“Os resultados dos testes, às vezes, foram uma surpresa”, observa a cientista. “Você ficaria surpreso na tensão que suas roupas passam até você ter um revestimento que vai sobreviver ao estiramento, como é o caso de vestir uma blusa pela cabeça. A tensão pode chegar em até mil newtons. Para comparação, um passo é igual a cerca de 10 newtons. Se o revestimento não for estável, um único puxar vai estragar tudo É por isso que tínhamos de mostrar que poderíamos dobrar o tecido, esfregar e torturar. Este é um requisito essencial antes de avançar”.

Calor do corpo como fonte de energia 

Como os eletrônicos portáteis e de vestir estão ganhando popularidade, várias formas de suprir-lhes a energia para funcionar têm sido pesquisadas. Nesse conceito, conhecido como “colheita de energia”, nanogeradores geralmente aproveitam o movimento do corpo, da respiração, dos batimentos cardíacos e por aí vai. O calor do corpo também é um candidato natural a essa exploração, mas os materiais termoelétricos disponíveis precisam de grandes diferenças de temperatura, maiores do que as normalmente encontradas entre nossa pele e o ar circundante.

Termocélula

Uma solução foi encontrada por Peihua Yang e seus colegas da Universidade de Ciência e Tecnologia de Huazhong, na China. Eles desenvolveram uma termocélula flexível – essencial para roupas inteligentes – feita com dois eletrodos gelatinosos, que gera eletricidade a partir de uma diferença de temperatura que já é factível para ambientes mais frios.

A termocélula explora o efeito termogalvânico, que gera uma diferença de potencial quando dois eletrodos em contato com um eletrólito líquido – ou gelatinoso – são submetidos a uma diferença de temperatura. A uma temperatura ambiente de 5º C, a termocélula gera 0,3 microwatts a uma tensão de 0,7 volts, o que já é suficiente para alimentar pequenos sensores ou ajudar a recarregar uma bateria flexível.

Com a demonstração de que o conceito funciona, a equipe afirma que já está trabalhando em busca de materiais que ofereçam um melhor rendimento e que funcionem também no verão.

Fontes: phys.org e Inovação Tecnológica

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