یک گروه تحقیقاتی بین‌المللی به رهبری دانشگاه توهوکو، با ترکیب کامپوزیت‌های پیزوالکتریک با پلیمر تقویت شده با فیبر کربن (CFRP) یک ماده معمولی که هم سبک و هم قوی است و توسط آن یک دستگاه مولد انرژی جدید طراحی کرده است.
دستگاه جدید ارتعاشات محیط اطراف را به الکتریسیته تبدیل می کند و وسیله ای کارآمد و قابل اعتماد برای حسگرهای خود تغذیه می کند.
جزئیات تحقیقات این گروه در مجله Nano Energy بدون دیوار پرداختی منتشر شده است.
برداشت انرژی شامل تبدیل انرژی از محیط با استفاده از پیزوالکتریک به انرژی الکتریکی قابل استفاده است و برای تضمین آینده ای پایدار بسیار مهم است.
فومیو ناریتا، یکی از نویسندگان این مطالعه و استاد دانشکده تحصیلات تکمیلی مطالعات محیطی دانشگاه توهوکو، گفت: اقلام روزمره، از یخچال تا لامپ های خیابانی، به عنوان بخشی از اینترنت اشیا (IoT) به اینترنت متصل می شوند.
آنها مجهز به حسگرهایی هستند که داده ها را جمع آوری می کند، اما این دستگاه‌های اینترنت اشیا برای کارکردن به انرژی نیاز دارند، که اگر در مکان‌های دور افتاده باشند یا تعداد زیادی از آنها وجود داشته باشد، چالش برانگیز است.
پرتوهای خورشید، گرما و ارتعاش همگی می توانند نیروی الکتریکی تولید کنند، انرژی ارتعاشی را می توان به لطف توانایی مواد پیزوالکتریک در تولید الکتریسیته در هنگام فشار فیزیکی مورد استفاده قرار داد.
در همین حال، CFRP به دلیل دوام و سبک بودن خود را به کاربرد در صنایع هوافضا و خودروسازی، تجهیزات ورزشی و تجهیزات پزشکی می رساند.
ناریتا گفت: ما به این فکر کردیم که آیا یک برداشت کننده انرژی ارتعاشی پیزوالکتریک (PVEH) که از استحکام CFRP همراه با یک کامپوزیت پیزوالکتریک استفاده می کند، می تواند وسیله ای کارآمدتر و بادوام برای برداشت انرژی باشد.
این گروه این دستگاه را با استفاده از ترکیبی از نانوذرات CFRP و نیوبات سدیم پتاسیم (KNN) مخلوط با رزین اپوکسی ساختند. CFRP هم به عنوان یک الکترود و هم به عنوان یک بستر تقویت کننده عمل می کرد.
دستگاه موسوم به C-PVEH انتظارات خود را برآورده کرد. آزمایش‌ها و شبیه‌سازی‌ها نشان داد که می‌تواند عملکرد بالایی را حتی پس از بیش از 100000 بار خم شدن حفظ کند، ثابت کرد که می تواند برق تولید شده را ذخیره کند و چراغ های LED را تامین کند.
علاوه بر این، از نظر چگالی انرژی خروجی از سایر کامپوزیت های پلیمری مبتنی بر KNN بهتر عمل کرد.
C-PVEH به توسعه حسگرهای اینترنت اشیاء خودکار کمک می کند و منجر به تولید دستگاه های اینترنت اشیا با انرژی کارآمدتر می شود.
علاوه بر مزایای اجتماعی دستگاه C-PVEH ما، از مشارکتی که در زمینه برداشت انرژی و فناوری حسگر انجام داده‌ایم هیجان‌زده هستیم و ترکیبی از چگالی انرژی خروجی عالی و انعطاف پذیری بالا می تواند تحقیقات آینده را در مورد سایر مواد کامپوزیتی برای کاربردهای متنوع راهنمایی کند.
پیزوالکتریک یک رشته جذاب است، پیزوالکتریک با میکروفون هایی که اطلاعات الکتریکی تولید می کنند بسیار مشترک است، به طور عجیبی ساخت میکروفون های با کارایی بالا بسیار توسعه یافته تر از دستگاه های پیزوالکتریک است.
دستیابی به حرکت کافی برای خم کردن یک دستگاه پیزوالکتریک نقطه شروعی بوده است که تنوع بسیار زیادی دارد و یک موتور دیزل سنگین که تکان می خورد، پیشنهادی بسیار متفاوت با سازه ای است که در باد خم می شود.
این فناوری در حال نزدیک شدن به منابع انرژی کوچک با فرکانس بالاتر است.
تاکنون هیچ دستگاه پیزوالکتریک مقرون به صرفه ای برای فروش انبوه در بازار وجود نداشته است، اما این شکاف در حال نزدیک شدن به بازارپذیری است.
محققان بر این باورند که پیشرفت آنها توسعه حسگرهای اینترنت اشیاء را تسریع می کند و به حوزه برداشت انرژی و فناوری حسگرها کمک می کند.
لینک سایت مرجع
مالکیت معنوی مجله انرژی (energymag.ir) علامت تجاری ناشر است... سایر علائم تجاری مورد استفاده در این مقاله متعلق به دارندگان علامت تجاری مربوطه می باشد، ناشر وابسته یا مرتبط با دارندگان علامت تجاری نیست و توسط دارندگان علامت تجاری حمایت، تایید یا ایجاد نشده است، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد و هیچ ادعایی از سوی ناشر نسبت به حقوق مربوط به علائم تجاری شخص ثالث وجود ندارد.
