Uma equipa de investigadores da Jilin Jianzhu University, Harbin Institute of Technology, Nankai University e Sichuan University of Science & Engineering desenvolveu uma nova plataforma integrada para dispositivos vestíveis. A solução combina células solares de perovskita flexíveis (FPSCs) com sensores de grafeno multifuncionais, permitindo, em simultâneo, a captação de energia e a autoavaliação do sistema em tempo real. De acordo com o estudo publicado na ScienceDirect, a inovação pretende resolver um problema clássico da eletrónica flexível, ao fundir a geração de energia e a monitorização de saúde estrutural num único dispositivo.
Tradicionalmente, as células solares flexíveis para uso vestível operam apenas como fontes de energia passivas. Esta limitação impede que os dispositivos monitorizem o seu próprio estado ou forneçam dados sobre a degradação de desempenho ao longo do tempo, dificultando a identificação de danos mecânicos ou da altura ideal para a substituição. Para colmatar esta lacuna, os cientistas integraram sensores de grafeno induzido por laser (LIG) diretamente com a célula solar num único substrato de poliimida (PI), criando um sistema monolítico capaz de converter energia e monitorizar múltiplos parâmetros de forma autónoma.
Fabrico unificado otimiza a resistência mecânica
A principal inovação do projeto reside na abordagem de fabrico. Os sensores de grafeno, o elétrodo inferior da célula solar e as linhas de interligação são totalmente padronizados através de um único passo de ablação por laser. Este processo unificado elimina a necessidade de soldaduras adicionais e cria uma estrutura de grafeno semelhante a espuma, o que otimiza tanto a robustez mecânica como a flexibilidade. Em paralelo, a utilização de elétrodos superiores e inferiores com uma estrutura em malha melhora a tolerância à flexão, distribuindo o stress mecânico de forma mais eficaz por todo o componente.
Os testes de desempenho confirmam a resiliência do sistema. Após 200 ciclos de flexão, o dispositivo mantém 85% da sua potência máxima de saída, assegurando uma eficiência de conversão de energia de 13,2%. Mesmo sob uma deformação extrema, com um ângulo de flexão de 160°, o sistema continua a fornecer 80% da sua energia máxima. Os dados indicam que a otimização dos materiais e o design estrutural são fundamentais para preservar as capacidades fotovoltaicas sob forte tensão mecânica.
Sensores inteligentes monitorizam a fadiga em tempo real
Para além da geração de eletricidade, a integração dos sensores LIG permite monitorizar continuamente a tensão, a temperatura e a capacitância, parâmetros diretamente ligados à fadiga mecânica, estabilidade térmica e estado operacional. Cada unidade de deteção foi desenhada com estruturas e mecanismos distintos para minimizar a interferência entre sinais. O sistema recorre a estratégias adicionais de desacoplamento para garantir que a leitura permanece precisa e independente, mesmo quando ocorrem múltiplos estímulos em simultâneo.
Esta integração monolítica afasta a nova plataforma das abordagens anteriores do mercado, que habitualmente se focam apenas na criação de células solares flexíveis sem sensores, ou no desenvolvimento de sensores vestíveis que dependem de baterias externas. Ao fundir a captação de energia e a deteção na mesma estrutura, a tecnologia garante um funcionamento autoalimentado e uma avaliação contínua.
Os sensores integrados fornecem dados cruciais sobre a saúde do dispositivo, permitindo detetar precocemente sinais de degradação e apoiar a manutenção preditiva. Ao mesmo tempo, a plataforma mantém-se compatível com outras aplicações de deteção baseadas em grafeno, incluindo a leitura de pressão, resistência, capacitância e sinais eletroquímicos.
O trabalho demonstra assim uma nova classe de eletrónica vestível que dispensa pilhas, apresenta uma elevada resiliência mecânica e consegue avaliar o seu próprio estado em tempo real. Trata-se de um salto significativo face às células solares flexíveis convencionais, que se limitam a funcionar como unidades passivas de energia.
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