{"id":89915,"date":"2010-05-01T10:20:00","date_gmt":"2010-05-01T13:20:00","guid":{"rendered":"http:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/2010\/05\/01\/electricidad-al-apretar\/"},"modified":"2017-02-02T18:19:05","modified_gmt":"2017-02-02T20:19:05","slug":"electricidad-al-apretar","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/electricidad-al-apretar\/","title":{"rendered":"Electricidad al apretar"},"content":{"rendered":"

\"\"Pol\u00edmeros luminescentes podr\u00edan reemplazar a las pantallas de LCD<\/span>En 1880, los hermanos Pierre y Jacques Currie, f\u00edsicos franceses, descubrieron la propiedad de algunos materiales minerales de generar corriente el\u00e9ctrica cuando son deformados por una presi\u00f3n mec\u00e1nica, un fen\u00f3meno que al cual se denomina piezoelectricidad. Este descubrimiento origin\u00f3 varias aplicaciones comerciales, desde las suelas luminosas de tenis infantiles hasta aplicaciones en aparatos de ultrasonido y de litotripsia, un procedimiento m\u00e9dico empleado para romper piedras alojadas en los ri\u00f1ones y en la ves\u00edcula. Pero en tiempos de preocupaciones ambientales y energ\u00e9ticas, un uso basado en la piezoelectricidad toma cuerpo entre los investigadores: la producci\u00f3n de energ\u00eda el\u00e9ctrica por medio de una fuente inagotable, que no contamina. Es lo que vienen haciendo dos profesores de la Universidad Estadual Paulista (Unesp). El f\u00edsico Walter Katsumi Sakamoto, del Departamento de F\u00edsica y Qu\u00edmica de la Facultad de Ingenier\u00eda de Ilha Solteira (Feis), y la qu\u00edmica Maria Aparecida Zaghete Bertochi, del Departamento de Bioqu\u00edmica y Tecnolog\u00eda Qu\u00edmica del Instituto de Qu\u00edmica (IQ) del campus de Araraquara, con apoyo econ\u00f3mico de la FAPESP, est\u00e1n trabajando en la creaci\u00f3n de un material capaz de aprovechar la fuerza mec\u00e1nica generada por el tr\u00e1nsito de veh\u00edculos en una calle, por ejemplo, para obtener electricidad. Se trata de una pel\u00edcula, denominada t\u00e9cnicamente comp\u00f3sito, elaborada con una mezcla de un pol\u00edmero con part\u00edculas nanom\u00e9tricas medidas equivalentes a millon\u00e9simas partes de un mil\u00edmetro de cer\u00e1mica, que puede ponerse debajo del asfalto, y al sufrir una presi\u00f3n, se deforma y genera una corriente el\u00e9ctrica.<\/p>\n

El desarrollo de la cer\u00e1mica nanom\u00e9trica, que forma parte de la pel\u00edcula est\u00e1 a cargo de Maria Aparecida. La investigadora echa mano de recursos nanotecnol\u00f3gicos en escala de \u00e1tomos y mol\u00e9culas para elaborar el polvo cer\u00e1mico que compone el film, el \u00f3xido cer\u00e1mico titanato zirconato de plomo, m\u00e1s conocido por la sigla PZT. Para desarrollar la nanocer\u00e1mica, Maria Aparecida emple\u00f3 un nuevo m\u00e9todo de producci\u00f3n. La investigadora explica que la forma m\u00e1s com\u00fan de obtener PZT era mediante el proceso Pechini. En ese caso, se utiliza la propiedad que los \u00e1cidos org\u00e1nicos como el \u00e1cido c\u00edtrico poseen de formar complejos del tipo metal-\u00e1cido org\u00e1nico, dice. Estos complejo, cuando se asocian a un alcohol, se polimerizan formando poli\u00e9ster, un pol\u00edmero con alta viscosidad, que se descompone en \u00f3xido por combusti\u00f3n, con temperaturas que van de los 500\u00b0C a los 800\u00b0C.\u00a0 A esa temperatura obtenemos cer\u00e1mica nanom\u00e9trica. En este caso, del PZT, para la s\u00edntesis de la cer\u00e1mica usamos citratos de circ\u00f3n, titanio y plomo.<\/p>\n

Presi\u00f3n y volumen
\n<\/strong>Esta novedad utiliza la llamada s\u00edntesis hidrot\u00e9rmica, cuyos par\u00e1metros fueron optimizados en el marco del estudio de Maria Aparecida, con sales u \u00f3xidos de circ\u00f3n, titanio y plomo que se mezclan en medio acuoso, al cual se le agrega una base mineralizadora (hidr\u00f3xido de sodio o potasio). Luego se somete la mezcla al calentamiento por microondas en un recipiente de tefl\u00f3n cerrado durante 30 minutos a 180\u00b0C. La ventaja de este proceso es que al usar una temperatura baja y un tiempo corto, se obtienen part\u00edculas cer\u00e1micas con un excelente arreglo cristalino, cosa que es importante, pues la propiedad piezoel\u00e9ctrica depende de eso, explica la investigadora. Adem\u00e1s, no libera plomo por evaporaci\u00f3n. Esta cer\u00e1mica nanom\u00e9trica produce energ\u00eda porque presenta una asimetr\u00eda en su centro de cargas, que genera una polaridad espont\u00e1nea dentro de la estructura del material. Para ser piezoel\u00e9ctrico, el material debe tener la estructura cristalina en forma de cubo un poco deformado. Cuando se aplica una presi\u00f3n sobre el material, como cuando un coche pasa por arriba o con la pisada de una persona, su volumen se reduce instant\u00e1neamente, dice. Esto aumenta la densidad de carga en su interior, provocando la salida de electrones por cables que son conectados a la cer\u00e1mica. Estos electrones pueden usarse para encender una l\u00e1mpara, por ejemplo.<\/p>\n

La cer\u00e1mica nanom\u00e9trica aisladamente es capaz de generar energ\u00eda, pero existen algunos inconvenientes. Es fr\u00e1gil, cara y tiene poca flexibilidad. Sortear estos obst\u00e1culos es precisamente el trabajo del profesor Sakamoto. Estamos buscando un material m\u00e1s flexible y m\u00e1s barato, dice. En este momento estamos desarrollando un comp\u00f3sito pol\u00edmero-cer\u00e1mica, que es un material compuesto de pol\u00edmeros y PZT. A tal fin, Sakamoto mezcla el polvo cer\u00e1mico con el pol\u00edmero, tambi\u00e9n en forma de polvo. Esta mezcla es prensada a la temperatura de fusi\u00f3n del pol\u00edmero utilizado para obtener la pel\u00edcula. Ambos investigadores han probado comp\u00f3sitos con un 30%, un 40% y un 50% de cer\u00e1mica y el resto de pol\u00edmeros. Los m\u00e1s usados en las investigaciones son el polifluoruro de vinilideno (PVDF), que se funde a alrededor 180\u00b0C, y el poli\u00e9ter-\u00e9ter-cetona (PEEK), cuya temperatura de fusi\u00f3n es de alrededor de 360\u00b0C. As\u00ed, al utilizarse una matriz polim\u00e9rica, con la cual se mezcla la cer\u00e1mica, se gana en resistencia al choque mec\u00e1nico, en flexibilidad y en formabilidad (puede d\u00e1rsele al comp\u00f3sito la forma que se desee), explica Sakamoto. Tambi\u00e9n existe una ventaja econ\u00f3mica. Al optarse por el comp\u00f3sito, se usa una menor cantidad de cer\u00e1mica y se vuelve posible estudiar distintas matrices de manera tal de mejorar la actividad piezoel\u00e9ctrica de la pel\u00edcula.<\/p>\n

\"\"Pol\u00edmeros luminescentes podr\u00edan reemplazar a las pantallas de LCD<\/span>La primera pel\u00edcula desarrollada por Sakamoto y Maria Aparecida era peque\u00f1a: med\u00eda 2 cent\u00edmetros (cm) por 1 cm, y su capacidad de generar energ\u00eda fue comprobada en laboratorio. Sakamoto dispuso el nuevo comp\u00f3sito conectado a un LED (diodo emisor de luz, sigla en ingl\u00e9s), entre dos placas de acr\u00edlico. Al presionarlas, el LED se encend\u00eda. Pero, dependiendo del tama\u00f1o de la pel\u00edcula, la energ\u00eda generada puede ser mucho mayor. Se sabe por la literatura cient\u00edfica que una persona de 60 kilos produce en promedio 0,1 vatio con cada paso, dice Sakamoto. Otros datos llegan desde Israel, pa\u00eds que ha invertido mucho en esa l\u00ednea de investigaci\u00f3n. Se hicieron experiencias que muestran que un kil\u00f3metro de autopista de movimiento intenso con material piezoel\u00e9ctrico puede generar 200 kilovatios (kW), potencia suficiente como para abastecer a una casa durante un mes. Maria Aparecida y Sakamoto est\u00e1n ensayando ahora pel\u00edculas con dimensiones un poco mayores, de 7 por 7 cm, para saber cu\u00e1l es la tensi\u00f3n el\u00e9ctrica que se logra obtener. Queremos saber si es posible cargar con ese material una bater\u00eda tipo AAA, las que se usan en dispositivos tales como controles remoto, y si es necesario poner algunas pel\u00edculas en serie o en paralelo para obtener m\u00e1s tensi\u00f3n o m\u00e1s corriente, revela Sakamoto. Dependiendo del resultado, la utilizaci\u00f3n comercial es una mera consecuencia.<\/p>\n

En algunos pa\u00edses, el empleo de esa tecnolog\u00eda ya est\u00e1 m\u00e1s avanzado. En 2008, dos casas nocturnas, una en Londres, el Club Surya, y otra, el Club Watt, en R\u00f3terdam, Holanda, instalaron pisos piezoel\u00e9ctricos en sus pistas de baile. Los clientes al bailar presionan sobre los pisos, que generan la energ\u00eda destinada a iluminar las pistas. En Jap\u00f3n, la empresa Soundpower instal\u00f3 sistemas piezoel\u00e9ctricos en el piso de dos estaciones de tren en Tokio, por donde pasan alrededor de 2,4 millones de personas por semana.<\/p>\n

En Israel se desarroll\u00f3 entre 2008 y 2009 un proyecto piloto en autopistas y aeropuertos. En Brasil, Maria Aparecida y Sakamoto imaginan diversas aplicaciones para la pel\u00edcula piezoel\u00e9ctrica que est\u00e1n desarrollando.\u00a0 Esta tecnolog\u00eda podr\u00e1 generar energ\u00eda en \u00e1reas de buen movimiento, y no solamente con el paso de los coches, sino tambi\u00e9n con el de personas a pie, dice Sakamoto. Shopping centers, por ejemplo, podr\u00edan utilizar pisos especiales que transforman los pasos de los frecuentadores en energ\u00eda destinada a iluminar los pasillos. O las pel\u00edculas podr\u00edan tambi\u00e9n aplicarse en las suelas de los zapatos, lo que las volver\u00eda capaces de generar energ\u00eda mientras que sus usuarios caminan, que se destinar\u00eda a alimentar peque\u00f1os artefactos electr\u00f3nicos tales como celulares y aparatos de audio. El comp\u00f3sito servir\u00eda tambi\u00e9n para generar energ\u00eda dentro de los autom\u00f3viles. Podr\u00edamos instalar materiales piezoel\u00e9ctricos en piezas m\u00f3viles tales como amortiguadores y neum\u00e1ticos, dice Sakamoto. Esa fuente alternativa reemplazar\u00eda al motor del coche en la alimentaci\u00f3n de su sistema el\u00e9ctrico.<\/p>\n

La generaci\u00f3n de energ\u00eda es tan s\u00f3lo una de las aplicaciones de estos materiales piezoel\u00e9ctricos. En el \u00e1rea m\u00e9dica, podr\u00edan utilizarse por ejemplo como sensores para detectar p\u00e9rdidas de rayos X en sanatorios y hospitales, o para la producci\u00f3n de implantes capaces de estimular el crecimiento \u00f3seo dirigido, lo que ser\u00eda muy \u00fatil en tratamientos ortop\u00e9dicos y en implantes dentales. La tecnolog\u00eda piezoel\u00e9ctrica puede emplearse para la inspecci\u00f3n estructural de materiales tales como los que se emplean en el fuselaje de aeronaves, a\u00f1ade Sakamoto. Constatamos en ensayos que el comp\u00f3sito es eficiente en la detecci\u00f3n de microrajaduras de placas de fibra de carbono presentes en aviones.<\/p>\n

El reto del almacenamiento
\n<\/strong>Pese al optimismo, los investigadores hacen la salvedad de que para usar esta tecnolog\u00eda en gran escala a\u00fan se har\u00e1 necesario superar un obst\u00e1culo: el del almacenamiento de la energ\u00eda. No existen misterios en cuanto a su uso a medida que es generada. Pero el problema es almacenarla para usos futuros. Actualmente, el almacenamiento solamente es posible mediante el empleo de grandes capacitores (piezas que almacenan energ\u00eda), que son caros y ocupan mucho espacio. Para Sakamoto, la soluci\u00f3n puede estar una vez m\u00e1s en la nanotecnolog\u00eda. Lo ideal ser\u00eda desarrollar otro nanomaterial con la propiedad primordial de acumular una gran cantidad de energ\u00eda en un tama\u00f1o peque\u00f1o, dice.<\/p>\n

Sakamoto y Maria Aparecida, que forman parte del Instituto Nacional de Ciencia y Tecnolog\u00eda de Materiales en Nanotecnolog\u00eda (INCTMN), con sede en Araraquara,\u00a0 financiado por la FAPESP y por el Consejo Nacional de Desarrollo Cient\u00edfico y Tecnol\u00f3gico (CNPq), est\u00e1n satisfechos con los resultados que han obtenido hasta ahora. Hemos enviado dos art\u00edculos a revistas cient\u00edficas y un cap\u00edtulo de libro que saldr\u00e1 publicado en Estados Unidos el mes que viene por editorial Novapublishers, revela Sakamoto. Maria Aparecida subraya otro aspecto positivo del trabajo. Estamos usando material nacional, adaptando un sistema que aprovecha una energ\u00eda que es totalmente desperdiciada, con un costo ambiental muy bajo, dice.<\/p>\n

El proyecto
\n<\/strong>Sensores piezo y piroel\u00e9ctricos inteligentes (n\u00ba 01\/13187-4<\/a>);\u00a0Modalidad
\n<\/em><\/strong>Ayuda Regular a Proyecto de Investigaci\u00f3n;\u00a0Coordinador\u00a0<\/strong>Walter Katsumi Sakamoto – Unesp;\u00a0Inversi\u00f3n\u00a0<\/strong>R$ 52.862,13 (FAPESP)<\/p>\n

Art\u00edculo cient\u00edfico<\/em>
\nMALMONGE, J.A. et al<\/em>. Piezo and dielectric properties of PHB-PZT composite<\/a>. Polymer Composites<\/strong>. v. 30, n. 9, p. 1.333-37. 2008.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Un material genera energ\u00eda el\u00e9ctrica cuando se lo presiona","protected":false},"author":20,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[192],"tags":[296,312,1255],"coauthors":[112],"class_list":["post-89915","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-tecnologia-es","tag-energia-es","tag-innovacion","tag-nanotecnologia-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/89915","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/20"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=89915"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/89915\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=89915"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=89915"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=89915"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=89915"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}