جدیدنسل جدید پیزوالکتریک‌های پوشیدنی؛ تولید انرژی با حرکت بدن
مقدمه
اخیرا مقاله جالبی در نشریه ACS Nano منتشر شده است که از طراحی نسل جدیدی از پیزوالکتریک کشسان سه بعدی خبر می‌دهد که قادر است به پوست یا لباس متصل شده و از حرکات بدن نظیر قدم زدن، انرژی الکتریکی تولید کند. ...
این تحقیق توسط تیمی به سرپرستی پروفسور جانگ کیونگ-این از گروه مهندسی رباتیک و مکاترونیک انجام گرفته است که یک جهش بزرگ برای انرژی پایدار محسوب می‌شود. در ادامه به ابعاد و نتایج تحقیق پرداخته می‌شود.
بطور کلی فرآیند دریافت انرژی (energy harvesters) از دو طریق صورت می‌گیرد:
- تریبوالکتریک
- پیزوالکتریک
تیم پروفسور جانگ دستگاهی بر اساس اثر پیزوالکتریک
دانشــنـامه
اثر پیزوالکتریک
چیست ؟
اثر پیزوالکتریک توانایی برخی مواد برای تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی و تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی است.
طراحی کرده‌اند که از فعالیت‌های فیزیکی، مانند حرکات پوست یا مفاصل، قادر به تولید برق است. در شکل زیر، عملکرد یک ماده پیزوالکتریک نشان داده شده است.
پیزوالکتریک‌هایی که تاکنون تولید شده‌اند چه معایبی دارند؟
تاکنون مطالعات مختلفی بر روی پیزوالکتریک‌ها صورت گرفته و قطعات یا دستگاه‌های تولید شده‌اند اما یکی از مشکلات رایج در این امر پایین بودن کارایی اکثر دستگاه‌ها یا قطعاتی است که از مواد پیزوالکتریک ارگانیک یا ترکیبی استفاده تولید شده‌اند. این امر استخراج انرژی کافی از حرکات بدن را دشوار کرده و کاربرد آن‌ها را به عنوان دستگاه‌های قابل پوشیدن محدود می‌کند.
نوآوری اول: افزودن خاصیت کشسانی به PZTها
تیم پروفسور جانگ دستگاه خود را با استفاده از زیرکونات تیتانات سرب (PZT) که ماده‌ای با بازده پیزوالکتریک بالاست، طراحی کردند. لازم به ذکر است که PZT خواص پیزوالکتریک عالی دارد اما در عین حال سخت و شکننده است و استفاده از آن در دستگاه‌های کشسان را دشوار می‌کند. البته این تیم تحقیقاتی توانسته‌اند PZT را به ساختاری سه‌بعدی و مقاوم در برابر تغییر شکل توسعه داده، که علاوه بر بازدهی انرژی بالا، قابلیت کشسانی نیز دارد.
نوآوری دوم: طراحی منحصر‌به‌فرد الکترود
یکی دیگر از نوآوری‌های مهم این تحقیق، معرفی طراحی الکترودها بود. در این طراحی، الکترودها به بخش‌های مجزا تقسیم شدند تا از خنثی شدن انرژی الکتریکی دستگاه جلوگیری شود. این نوآوری باعث شد کارایی انرژی دستگاه 280 برابر بیشتر از انرژی‌بردارهای پیزوالکتریک کشسان معمولی باشد.
آیا پیزوالکتریک‌های پوشیدنی به تولید انبوه خواهند رسید؟
توسعه چنین فناوری کارآمدی در حوزه انرژی‌بردارهای پیزوالکتریک یک دستاورد بزرگ است. انتظار می‌رود این فناوری پس از تجاری‌سازی، به استفاده عملی در انرژی‌بردارهای پوشیدنی منجر شود.
این مطالعه توسط برنامه تحقیقاتی STEAM بنیاد تحقیقات ملی کره، برنامه تحقیقاتی ویژگی‌های پیشرو آینده، و برنامه تحقیقاتی زیست‌دیجیتال NAVER تأمین مالی شده است.
منبع:
دیدگاه کاربران