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Cuando se somete a una carga de tracción cíclica perpendicular a la dirección de la fibra, el material compuesto genera un voltaje piezoeléctrico de 1,1 voltios.
Un equipo de investigación internacional ha desarrollado un dispositivo flexible de alta resistencia combinando compuestos piezoeléctricos, conocidos por su capacidad para generar electricidad bajo estrés físico, con fibra de carbono unidireccional (UDCF). Esta combinación única da como resultado un dispositivo, el dispositivo UDCF/KNN-EP, que puede convertir la energía cinética de los movimientos humanos en electricidad, proporcionando una solución eficiente para sensores robustos y autoalimentados.
El dispositivo está hecho de tejido de fibra de carbono unidireccional y nanopartículas de niobato de potasio y sodio (KNN) mezcladas con resina epoxi. El UDCF de este dispositivo actúa como electrodo y amplificador direccional.
Una de las mejoras más importantes observadas se refiere al módulo de elasticidad a lo largo de la dirección de la fibra, donde el compuesto alcanza unos notables 282,5 MPa. Esto indica un aumento significativo en la rigidez del material y la resistencia a la deformación elástica a lo largo de la dirección de la fibra, lo cual se debe a la resistencia inherente de las fibras de carbono.
El compuesto UDCF/KNN-EP exhibe una extensibilidad impresionante y un comportamiento piezoeléctrico sensible en la dirección transversal de las fibras. Cuando se somete a una carga de tracción cíclica perpendicular a la dirección de la fibra, el compuesto produce un voltaje piezoeléctrico (Vpp) notable de aproximadamente 1,1 voltios.
Esta respuesta es particularmente importante para aplicaciones que requieren que el material se estire o doble repetidamente, como en sensores portátiles o dispositivos electrónicos flexibles. Estos dispositivos van desde equipos de protección hasta equipos deportivos y forman parte cada vez más del Internet de las cosas (IoT) y cuentan con sensores que recopilan datos.
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Este innovador dispositivo cumplió y superó las expectativas en las pruebas, demostrando su capacidad para mantener un alto rendimiento incluso después de haber sido estirado más de 1000 veces. Cuando se tira a lo largo de la dirección de la fibra, puede soportar cargas más altas en comparación con otros materiales flexibles. Su densidad de liberación de energía supera la de otros polímeros piezoeléctricos cuando se impactan y se estiran perpendicularmente a la dirección de la fibra.
Los investigadores lograron integrar el CF/KNN-EP en equipos deportivos, donde capturó con precisión el impacto de atrapar una pelota de béisbol y monitoreó la frecuencia de zancada de una persona. Este logro no solo aprovecha la resistencia de las fibras de carbono para mejorar la sostenibilidad y confiabilidad de los sensores sin batería, sino que también mantiene su extensibilidad direccional, brindando información y orientación valiosas para futuras investigaciones sobre detección de movimiento.
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