A busca contínua por materiais compósitos inovadores e funcionais conduziu a comunidade científica a um emocionante avanço no campo da ciência de materiais. Apresentado em 2023, o artigo intitulado “Nanocompósitos Piezoelétricos Reforçados com Fibra de Carbono para Detecção de Danos e Captação de Energia” abre as portas para uma abordagem revolucionária no fortalecimento de infraestruturas envelhecidas e na colheita de energia.
À medida que nossas infraestruturas envelhecem, surge uma demanda crescente por soluções que prolonguem sua vida útil e garantam a segurança contínua. É aqui que entram os nanocompósitos piezoelétricos reforçados com fibra de carbono (CFRPs). Estes materiais híbridos, discutidos em detalhes no artigo em questão, apresentam propriedades mecânicas excepcionais, desempenhando um papel crucial no reforço estrutural. No entanto, o verdadeiro destaque deste estudo reside na sinergia entre CFRPs e a tecnologia
piezoelétrica.
Ao combinar CFRPs com placas de epóxi preenchidas com nanopartículas de niobato de sódio e potássio (KNN-EP) e eletrodos avançados de CFRP, os pesquisadores conseguiram criar compósitos com capacidade autônoma de detecção de danos e colheita de energia. Essa conquista marcante abre caminho para uma manutenção mais eficiente de infraestruturas, evitando problemas
antes que se tornem significativos e economizando recursos preciosos em reparos.
Basicamente, a detecção de danos ocorre por meio dos sensores piezoelétricos presentes nos compósitos. Quando o compósito é submetido a uma carga mecânica, como uma força ou vibração, os sensores piezoelétricos geram uma carga elétrica que pode ser medida. Se houver uma rachadura ou dano no material, a carga elétrica gerada pelos sensores piezoelétricos será afetada,
permitindo que o dano seja detectado. Essa detecção pode ser realizada em tempo real, permitindo que os engenheiros monitorem a integridade estrutural de uma ponte ou edifício e realizem reparos antes que ocorra uma falha catastrófica. A capacidade de detectar danos em tempo real pode ajudar a prevenir acidentes e salvar vidas.
Além do aspecto de detecção de danos, a capacidade de armazenar energia a partir das vibrações naturais de pontes e edifícios oferece um horizonte empolgante para a produção de energia sustentável. Esse armazenamento ocorre por meio da conversão de energia mecânica em energia elétrica pelos sensores piezoelétricos presentes nos compósitos. Quando o compósito é submetido a vibrações, os sensores piezoelétricos geram uma carga elétrica que pode ser armazenada em um capacitor ou bateria para uso posterior. Essa energia pode ser utilizada para alimentar sensores de monitoramento de estruturas, sistemas de iluminação ou outros dispositivos eletrônicos.
Figura: Diagrama esquemático experimental da captação de energia no material compósito
Fonte: YU, 2023.
Com a publicação deste artigo, percebe-se uma progressão notável na compreensão da convergência entre materiais compostos avançados e tecnologias emergentes. À medida que contemplamos os benefícios potenciais desses nanocompósitos, somos instados a repensar nossa abordagem à manutenção de infraestruturas e à produção de energia. Este estudo é uma promessa tangível de um futuro mais seguro e sustentável, onde os materiais inteligentes trabalham em conjunto conosco para moldar um mundo melhor.
No que a ENGEMAT pode te ajudar?
A Engemat está localizada no CEFET-MG, um dos maiores centros federais do país. Temos laboratórios especializados em estudos de materiais cerâmicos, poliméricos, metálicos e biomateriais disponíveis para realização de ensaios diversos e a colaboração de doutores e especialistas prontos para nos auxiliar na realização dos experimentos. Realizamos consultoria com preços abaixo do mercado, e com a excelência garantida pela riqueza de recursos contida na universidade.
Conhecer bem o produto que se está trabalhando é saber atender as expectativas do seu cliente. Consulte nossa carta de serviços e entre em contato conosco para maiores informações.
EngeMat, crescemos juntos com você!
Referências: https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2023.107587