Cerâmicas piezoelétricas são usadas sempre que você faz uma ligação, dirige um carro ou, até mesmo, faz um exame médico. Esses materiais são utilizados em aplicações eletrônicas, automotivas, médicas e industriais, nas quais transformam pressão mecânica em eletricidade. Portanto, elas proporcionam maior desempenho e eficiência, além de novas oportunidades tecnológicas. Eu também explicaria como e por que elas são importantes para você.
Definição de Cerâmica Piezoelétrica
Em princípio, a prensagem mecânica das cerâmicas piezoelétricas fornece energia elétrica. Elas são necessárias para dispositivos que precisam ser controlados de forma precisa, energeticamente eficientes e duráveis. A necessidade desses dispositivos mecânicos não pode ser superestimada, pois eles são capazes de gerar movimento ou eletricidade quando uma força é aplicada a eles.
Funções do Efeito Piezoelétrico
As operações com cerâmicas piezoelétricas são muito simples. Isso inclui:
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Uma carga elétrica é produzida quando a pressão é aplicada.
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Na primeira fase, a carga é armazenada e, no segundo caso, ela é usada no local para alimentar um dispositivo.
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O material se deforma quando uma corrente elétrica é aplicada e o material se move (ou vibra).
Usos de Cerâmicas Piezoelétricas
A capacidade desses materiais de dar suporte a novas tecnologias abrange desde a melhoria da eficiência, segurança e desempenho em muitos setores. Cerâmicas piezoelétricas são usadas em algumas aplicações comuns, como:
Inovações automotivas
A rápida evolução, tornando o setor de cuidados automotivos mais eficiente, seguro e produtivo, se deve ao uso de materiais mais avançados e tecnologias inteligentes. Materiais piezoelétricos são utilizados para transformar o veículo moderno em um veículo com baixo consumo de combustível, mais seguro e mais responsivo às condições em tempo real.
Sistemas de injeção de combustível ideais para funcionalidade eficiente
Em comparação com os carros usados hoje, eles consomem a menor quantidade de combustível. Os injetores de combustível são auxiliados por cerâmica piezoelétrica, de modo que o combustível é acionado apenas na quantidade e no momento exatos, a fim de reduzir o desperdício e aumentar a potência do chip. Isso também ajuda a economizar combustível e a reduzir as emissões, além de tornar os veículos atuais menos poluentes do que os antigos.
Sistemas de Frenagem Automatizados
Sistemas avançados de frenagem com cerâmica piezoelétrica são utilizados para detectar mudanças rápidas de pressão. São sistemas que acionam automaticamente os freios automáticos para evitar colisões, melhorar a segurança ao dirigir e reduzir a gravidade dos acidentes, caso ocorram.
Eletrônicos de consumo
No entanto, no mundo dos eletrônicos de consumo, o desejo por dispositivos totalmente mais inteligentes e eficientes está em constante mudança. As cerâmicas piezoelétricas, no entanto, são o divisor de águas nesse aspecto, proporcionando melhor experiência ao usuário, melhor qualidade de áudio e inovações em economia de energia. Os materiais apresentados neste artigo são o que farão a diferença no futuro da tecnologia em relação a smartphones e smartwatches.
Feedback tátil
No entanto, o que vibra no seu telefone quando você digita e que você sente com uma leve vibração na tela são as cerâmicas piezoelétricas. Essa tecnologia proporciona a sensação de feedback tátil para melhorar a resposta tátil, de modo que os botões de um smartphone pareçam botões físicos e o smartphone responda mais rápido, o que também é intuitivo.
Cancelamento de ruído superior
No caso de fones de ouvido premium (Bose, Sony etc.), cerâmicas piezoelétricas são usadas para detectar ruídos externos e produzir ondas sonoras na direção oposta, proporcionando um cancelamento eficaz do ruído. A vantagem dessa inovação é que ela permite aos usuários obter um som de alta fidelidade, mesmo em ambientes com ruídos extremos: uma cidade barulhenta, um avião lotado, etc.
Energia renovável
A nova tecnologia de cerâmica piezoelétrica, que transforma energia mecânica em eletricidade, é do interesse mundial na busca por soluções energéticas sustentáveis. Assim, esses materiais funcionalizam a topologia da captura abrangente de energia, proveniente de movimento e vibração, pressão e estruturas de materiais celulares generativos, para dar suporte à infraestrutura autossustentável e seus mecanismos de coleta de energia.
Pisos geradores de energia
Em alguns aeroportos e estações de trem, estão sendo utilizadas placas piezoelétricas que produzem eletricidade quando as pessoas caminham sobre elas. A energia obtida é usada para iluminar luzes, placas e outras infraestruturas de locais públicos, consumindo menos energia.
Estradas piezoelétricas
Materiais piezoelétricos que convertem a pressão do movimento dos carros em eletricidade estão presentes em algumas rodovias. Essa tecnologia acabaria completamente com essa dependência de combustíveis fósseis se as estradas pudessem ser convertidas em uma fonte de energia renovável que aproveitasse a energia gerada diretamente do fluxo de tráfego.
Avanços Médicos
No entanto, hoje, materiais piezoelétricos também são utilizados em uma revolução tecnológica na área da saúde, devido à sua aplicação em diagnósticos médicos, tratamentos e cuidados com o paciente. Estamos desenvolvendo materiais básicos para aprimorar e abrir caminho para implantes que salvam vidas, imagens mais precisas e novas maneiras de inovar seu sistema de administração de medicamentos, tornando a assistência médica mais eficiente e proporcionando melhores resultados ao paciente.
Imagem de ultrassom
Ondas sonoras de alta frequência que os médicos usam para ver o interior do corpo em detalhes são produzidas por transdutores piezoelétricos. Este dispositivo é importante para diagnóstico por imagem de lesões internas, orientação de procedimentos médicos e cuidados pré-natais.
Marcapassos duráveis
Tradicionalmente, os marcapassos exigem cirurgia para substituir a bateria. Os marcapassos autoalimentados não precisam ser substituídos e não requerem cirurgia.
Aparelhos auditivos com som mais nítido
Os aparelhos auditivos modernos utilizam cerâmica piezoelétrica. Embora esses materiais sejam baseados exclusivamente na amplificação sonora, estes não o são, e "captam" e amplificam as vibrações para produzir um processamento sonoro mais nítido e natural. Isso significa que pessoas com aparelhos auditivos agora podem ter conversas muito mais claras e com menos distorção, ouvir música e interagir com outras pessoas de forma mais natural.
O que esperar da cerâmica piezoelétrica
Com cada vez mais indústrias adotando a inovação, as cerâmicas piezoelétricas continuarão sendo importantes para o futuro. Os materiais avançados fornecem sustento para o uso diário e também impulsionam as artes da energia sustentável, aplicações radicais na área da saúde e possibilidades de expansão do consumo.
Tecnologia vestível
Nos últimos anos, a vida das pessoas sem a tecnologia vestível tem sido inimaginável. A tecnologia vestível tem mantido as pessoas atualizadas, conectadas com o mundo e monitorando seus processos de saúde e condicionamento físico. Mas o maior problema, no entanto, é a duração da bateria. Por exemplo, um smartwatch não precisa ser carregado diariamente. Esses tecidos piezoelétricos que transformam o movimento do corpo em energia livrariam a indústria da dependência de baterias e, na ausência delas, de lixo eletrônico.
Atletas, praticantes de trilhas e outros profissionais que dependem de wearables não precisam descarregar suas baterias ao meio-dia, já que isso não é necessário. Em vez disso, seus dispositivos poderiam produzir a energia necessária a cada passo, movimento do braço ou até mesmo pequenos movimentos posturais. Além disso, seria um grande avanço para smartwatches médicos, como monitores de frequência cardíaca ou sensores de glicose, que precisam ser carregados constantemente, pois sua função depende da bateria.
Cidades Inteligentes
No entanto, as cidades terão que inventar todas as suas soluções energéticas de forma inovadora para acomodar um número crescente de pessoas sem causar danos ambientais. Instalados nos edifícios, sensores piezoelétricos poderiam captar energia da vibração do vento, da pressão do tráfego e até mesmo do movimento de pedestres, reduzindo a dependência da rede elétrica convencional e aumentando a quantidade de áreas urbanas autossustentáveis.
Por exemplo: as forças do vento nos arranha-céus podem sugerir painéis piezoelétricos que podem produzir energia a partir de tensão mecânica para alimentar iluminação, elevadores, sistemas de controle climático etc., enquanto as faixas de tráfego de pedestres, por exemplo, calçadas e parques, podem gerar energia para postes de luz, câmeras de segurança, estações de carregamento públicas etc. A energia será economizada e as pegadas de carbono reduzidas em grande medida se essas soluções forem adotadas pelos planejadores urbanos e governos.
Implantes de Regulação Nervosa
Os novos avanços na tecnologia médica piezoelétrica proporcionarão novas formas de atendimento ao paciente, o que melhorará significativamente a qualidade do atendimento. Pesquisadores estão desenvolvendo sensores piezoelétricos que podem ser usados para controlar sinais nervosos e esperam que, com "hardware" em vez de medicamentos, a epilepsia e até mesmo distúrbios neurológicos possam ser tratados.
Em vez de baterias ou qualquer outra fonte de alimentação externa, os implantes autoalimentados seriam alimentados pelo movimento do corpo. Se usados em pessoas com epilepsia, esses implantes poderiam ser usados para detectar atividade neural anormal e corrigi-la com sinais elétricos antes de uma convulsão. Da mesma forma, pacientes em estimulação nervosa não tomam opioides ou outros medicamentos com efeitos colaterais e risco de dependência, como ocorre com pacientes com dor crônica.
Considerações finais
No caminho para o futuro da tecnologia em automóveis, eletrônicos de consumo, energia renovável e saúde, as cerâmicas piezoelétricas têm sido um exemplo. A razão para isso é que esse potencial de inovação parece não ter fim e, portanto, as indústrias que introduzirem essa tecnologia em seus trabalhos certamente liderarão a concorrência. Hoje, os primeiros que conhecerem e aplicarem o poder das cerâmicas piezoelétricas se tornarão os primeiros a liderar a próxima revolução tecnológica.