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(Proyector de Nanowerk) El agua contiene una enorme energía en una variedad de formas, pero muy poca de esa energía se aprovecha, aunque hay muchas formas de recolectar energía del agua. A mayor escala, existen centrales hidroeléctricas y mareomotrices tradicionales. A pequeña escala, existen dispositivos que recolectan energía cinética del agua en una superficie determinada (p. ej., con nanogeneradores triboeléctricos) y de gotas de agua (lea más: “El movimiento de una gota de líquido genera más de 5 voltios de electricidad”).
En este sentido, la lluvia puede considerarse una abundante fuente de energía sostenible, al igual que la energía solar o la eólica. En consecuencia, los dispositivos de recolección de energía impulsados por gotas, que ofrecen una estructura simple con bajos requisitos de materiales, han recibido una atención significativa de la comunidad investigadora mundial.
Además de las aplicaciones de recolección de energía, el comportamiento de las gotas es un fenómeno importante en la ciencia moderna. La investigación relacionada con las gotas de agua está aumentando significativamente en muchos campos científicos debido a su amplia aplicación en ciencias básicas como la bioingeniería y la biotecnología, el mecanismo de fluidos a nivel micro y nano y los procesos de condensación.
Las tecnologías existentes, como el vidrio autolimpiante o las células solares, la conversión de calor, el aire acondicionado o la ventilación, dependen en gran medida de las propiedades de las gotas de agua.
![Descripción general y desarrollo de nanogeneradores basados en gotas en la literatura](https://www.nanowerk.com/spotlight/id61346_1.jpg)
Una revisión reciente en Materiales energéticos avanzados («Nanogeneradores basados en gotas de agua») analiza exhaustivamente varios métodos para obtener gotas de agua con su potencial futuro para diversas aplicaciones. Los autores informan variaciones estructurales del dispositivo con modificaciones de acuerdo con la mejora del rendimiento y los criterios de aplicación con los últimos avances en procesos de fabricación y selección de materiales. También incluyen un análisis de rendimiento y abordan las limitaciones de la fabricación actual de dispositivos.
Los autores analizan primero las propiedades físicas de las gotas de agua, la interacción química de las gotas de agua con las superficies dieléctricas, su influencia en la superficie de los nanogeneradores, la ingeniería de superficies para los nanogeneradores basados en gotas, la interfaz sólido/líquido para la recolección de energía y la importancia de nanogeneradores basados en gotas de agua en la investigación actual.
Según su mecanismo de acción, es decir, la forma en que las gotas interactúan con los materiales dieléctricos, se pueden clasificar varios tipos básicos de nanogeneradores basados en gotas.
efecto triboeléctrico
Esta categoría contiene la mayoría de los nanogeneradores basados en gotas de agua informados en la literatura. El efecto triboeléctrico es la acumulación de una carga eléctrica entre dos materiales a través del contacto y la separación. El principio básico de funcionamiento de estos nanogeneradores se basa en el contacto y separación de una gota de agua de las capas dieléctricas.
Efecto tribovoltaico
El efecto tribovoltaico se refiere a un fenómeno en el que se libera energía cuántica tan pronto como se forma un enlace átomo-átomo en la interfaz dinámica de dos materiales en contacto. El efecto tribovoltaico se puede generar en la interfaz líquido-semiconductor, por ejemplo, moviendo una gota de agua sobre una superficie de silicio.
Efecto hidrovoltaico
Los materiales nanoestructurados pueden generar electricidad al interactuar con el agua, un fenómeno llamado efecto hidrovoltaico. Aquí, la energía cinética de una gota que fluye sobre una superficie nanoestructurada se puede utilizar para generar un flujo potencial debido al efecto electrocinético basado en una doble capa eléctrica.
Sobre la base de estos tres efectos fundamentales, los investigadores están estudiando exhaustivamente la generación de energía basada en gotas de agua con diferentes estructuras, mecanismos y modificaciones de materiales para crear nanogeneradores cada vez más potentes.
Dependiendo de sus mecanismos de trabajo, propiedades estructurales y técnicas de fabricación, los nanogeneradores de recolección de gotas de agua se pueden clasificar en cuatro grupos principales, que los autores analizan en detalle:
El rendimiento de los nanogeneradores basados en gotas aún se encuentra en la fase de investigación básica y la mayoría de los dispositivos para la recolección de gotas carecen de mayor potencia eléctrica. Por lo tanto, el enfoque principal de los investigadores sigue siendo el desarrollo de nuevos materiales, nuevas estructuras y enfoques únicos para recolectar gotas de manera efectiva para la generación de energía.
Sin embargo, ya es prometedor que la potencia de salida de los generadores basados en gotas, incluso en esta etapa, es más que suficiente para alimentar de manera efectiva muchos dispositivos electrónicos y sistemas de sensores de baja potencia.
A través de la mejora constante, estos nanogeneradores basados en gotas serán una alternativa al panel solar en muchos casos en un futuro cercano, especialmente en aquellas partes del mundo donde llueve con frecuencia.
Estos son solo algunos ejemplos del uso de nanogeneradores basados en gotas en varias redes de sensores autoalimentados y aplicaciones demostradas por grupos de investigación de todo el mundo: sistemas de actuación, equipos de barcos inteligentes, detección de salinidad, recolección de agua, como transductores activos, sensores químicos. , hidrocondensadores, sensores de movimiento humano, medición del nivel del agua, sensores de temperatura y fuerza, control de la concentración de iones, aplicaciones biomédicas, electrónica portátil, sensores de gas de agua/etanol, condensadores de gotas autocargables y agricultura agrícola inteligente.
Miguel
Berger
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Michael es autor de tres libros de la Royal Society of Chemistry: Nano-Society: Pushing the Boundaries of Technology, Nanotechnology: The Future is Tiny y Nanoengineering: The Skills and Tools Making Technology Invisible Copyright ©
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