دستگاه های الکترونیکی با نانوژنراتور ها بی احتیاج از باتری می شوند - وبلاگ تجهیزات الکترونیک

به گزارش وبلاگ تجهیزات الکترونیک، پژوهشگران با توسعه ابزاری تازه که قابلیت فراوری انرژی را با استفاده از خواص پیزوالکتریک و تریبوالکتریک دارد، گامی به سوی خودکفایی ادوات الکترونیکی و بی نیازی از باتری برداشتند.

به گزارش گروه دانشگاه وبلاگ تجهیزات الکترونیک، حرکت به سمت دستگاه های کم مصرف، مسیری بوده که صنعت الکترونیک همواره دنبال نموده است. تغییر رویه به سوی سیستم های روشنایی LED کم مصرف نمونه خوبی از این فرایند است. راهبرد دیگر، توسعه دستگاه هایی است که بتوانند انرژی خود را تامین نمایند.

ایده اصلی در اینجا استفاده از موادی است که اثرات پیزوالکتریک و تریبوالکتریک را برای تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی به کار گیرند. مواد پیزوالکتریک وقتی تحت فشار مکانیکی قرار می گیرند، بار الکتریکی ایجاد می نمایند، در حالی که اثر تریبوالکتریک تجمع بار ها روی دو ماده متفاوت پس از تماس با یکدیگر است.

نانوژنراتور های پیزوالکتریک (PENG)، نانوژنراتور های تریبوالکتریک (TENG) و حتی دستگاه های هیبرید پیزو-تریبوالکتریک ترکیبی (HNG) که قابلیت برداشت انرژی را فراهم نموده اند، با هدف تغذیه ادوات الکترونیکی کم مصرف توسعه داده شده اند. این دستگاه ها عموماً به مواد دی الکتریک احتیاج دارند که قطبیت خود را حفظ نمایند و موادی با خواص فرومغناطیس برای این کار مناسب هستند.

به تازگی مقاله ای در نشریه Nano Energy به چاپ رسیده است که در آن محققان موسسه علم و فناوری دائگو گیونبوک (DGIST) از موسسه فناوری کره و هند، یک فیلم کامپوزیتی فراوری نموده اند که می تواند در ترکیب با سایر مواد برای فراوری انرژی مورد استفاده قرار گیرد. این فیلم نانوکامپوزیتی با استفاده از روشی ارزان ساخته شده است که در آن یک ماده چند فروئیک، بیسموت تیتانات Bi 4 Ti 3 O 12 (یا BiTO)، با یک پلیمر تریبوالکتریک انعطاف پذیر (PDMS) ترکیب شده است.

پروفسور هوجون کیم از DGIST، که این مطالعه را رهبری می نماید، شرح می دهد: انگیزه اصلی ما در پشت این کار، توسعه یک ماده چند فروئیک در دمای اتاق بود که دارای توان بالایی در ترکیب با دیگر مواد بوده و بتواند ساختار برداشت انرژی ایجاد کند.

محققان با ساندویچ کردن فیلم BiTO-PDMS بین لایه های آلومینیومی، ساختار هیبرید پیزو-تریبوالکتریک ترکیبی ساختند که هنگام فشار و رهاسازی، بار الکتریکی فراوری می نماید.

اما چگونه این لایه های متعدد جریان ایجاد می نمایند؟

پاسخ در خواص فیلم و واکنش آن به عملکرد مکانیکی نهفته است. لایه ها به اسم الکترود عمل می نمایند و با فشار دادن و رها شدن، طبیعت پیزوالکتریک و تریبوالکتریک فیلم با یکدیگر هم افزایی می نمایند تا بار هایی روی الکترود ها ایجاد نموده و ولتاژ ایجاد نمایند. این اثر هم افزایی باعث افزایش عملکرد برداشت انرژی شد. با استفاده از چندین مورد از این ساختار های هیبرید پیزو-تریبوالکتریک ترکیبی، محققان یک دستگاه هیبرید پیزو-تریبوالکتریک ترکیبی ساختند که قادر به تغذیه یک ساعت مچی و یک ماشین حساب بود.

پروفسور کیم با هیجان از اهمیت این مطالعه می گوید: برای اولین بار مواد چندفروئیک تک فاز با ثابت دی الکتریک بالا در دمای اتاق به دست آمد.

با پیشرفت به منظور بهبود عملکرد برداشت انرژی از نانوژنراتورها، این دستگاه های کوچک می توانند در آینده احتیاج به باتری ها را در بسیاری از موارد از بین ببرند و لوازم الکترونیکی را پایدارتر و خودکفا نمایند.