به گزارش ایسنا، طبق مطالعه اخیر منتشر شده در مجله Engineering Reports، پژوهشگران روش جدیدی برای ساده سازی تولید برق از پیاده روی در خیابان ایجاد کرده اند.
مواد پیزوالکتریک مدت هاست که وجود دارند، ولی تولید انرژی کافی از آن ها برای دستگاه های الکترونیکی بزرگ هم چنان یک چالش باقی مانده است.
به طور خاص، استفاده از مفهوم" قطبش درجه بندی شده " به معنی استفاده از انواع مختلف فشارهای مکانیکی بر روی یک ماده پیزوالکتریک، نوید تولید انرژی بیشتری را از آنچه قبلا تصور می شد، داده است.
یکی از ویژگی های غیرمعمولی که بعضی سرامیک ها و پلیمرها از خود نشان میدهند ، پدیده پیزوالکتریک یا" اثر فشاربرقی" است.
بااعمال نیروی خارجی، دوقطبی های این سرامیک ها تحریک میشوند و میدان الکتریکی ایجاد می شود. وارونه کردن اثر نیرو( مثلاً از کششی به فشاری) جهت میدان را معکوس می کند.
از مواد پیزوالکتریک در مبدل ها و وسایلی که انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل می کنند یا برعکس استفاده می شود. کاربردهای نام آشنایی از جمله پیکاپ گرامافون، میکروفون ها، مولدهای ماوراء صوت و حسگرهای سونار از خاصیت پیزوالکتریک استفاده می کنند. در پیکاپ گرامافون هم چنان که قلم، شیارهای رکورد را می پیماید یک اختلاف فشار به ماده پیزوالکتریک موجود در پیکاپ وارد می شود که نهایتا به سیگنال الکتریکی تبدیل می شود. این سیگنال قبل از ورود به بلندگو تقویت می شود. خاصیت پیزوالکتریک یک ویژگی مواد کریستالی دارای ساختار پیچیده بدون تقارن است. رفتار پیزوالکتریک یک پلی کریستال به وسیله گرم کردن بالاتر از دمای کوری و سپس خنک کردن تا دمای اتاق در مجاورت میدان الکتریکی قوی بهبود می یابد.
اثر پیزوالکتریک توانایی برخی مواد برای تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی و تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی است. این اثر را برادران کوری،" پیر و ژاک کوری" در دهه ۱۸۸۰ کشف کردند.
موادی که این پدیده را از خود بروز میدهند ، مواد پیزوالکتریک نامیده می شوند. اثر پیزوالکتریک در انواع بسیاری از مواد از جمله تک بلورها، سرامیک ها، بسپارها و مواد مرکب دیده می شود. تولید اختلاف پتانسیل الکتریکی در برخی بلورهای نارسانا مثل کوارتز تحت کشش یا فشار معکوس هم اند و هرچه میزان فشار یا کشش بیش تر باشد، اختلاف پتانسیل تولید شده بیش تر است. اثر پیزوالکتریک معکوس به معنی تغییر شکل آن ها بر اثر اعمال اختلاف پتانسیل الکتریکی است. اگر دو وجه روبرویی در هر یک از این بلورها را به اختلاف پتانسیل متناوب الکتریکی وصل کنیم، تغییر شکل متناوبی در آن رخ می دهد و به ارتعاش در می آید.
اکنون این تکنیک جدید میتواند تولید انرژی الکتریکی از راه رفتن را افزایش دهد.
با ادامه تغییرات اقلیمی جهان، خطرات مهمی سلامتی انسان، اکوسیستم ها و اقتصاد دنیا را تهدید می کند. در حالیکه بحران شیوع ویروس کرونا به محیط زیست برای بازیابی و نفس کشیدن از دست انسان ها کمک کرد، اما این قرنطینه ها و اعمال محدودیت ها دائمی نیست و این موضوع، روش خوبی برای جلوگیری از تغییرات اقلیمی نیست.
در نتیجه، دانشمندان در سراسر جهان در تلاش هستند تا روش های پاک و کم خطری برای تولید انرژی بیابند.
اکنون پژوهشگران مؤسسه فن آوری" مندی" هند در تلاش برای ارائه راه حل های جدید، راهی جدید برای تولید برق از طریق جابجایی انسان- پیاده روی - یافته اند.
محققان آرایش جهت قطبش جدیدی را برای مواد پیزوالکتریک پیشنهاد کردند که به منظور افزایش توان خروجی چنین مواد پیشرفته ای طراحی شده است تا در هنگام قرار گرفتن در معرض فشار، انرژی مکانیکی و انرژی الکتریکی را با نرخ بهره وری بالایی به یکدیگر تبدیل کنند.
از مواد پیزوالکتریک میتوان در شرایط مختلف استفاده کرد. به عنوان مثال ، اگر به عنوان کاشی های کف نصب شوند، میتوانند از طریق راه رفتن انسان، انرژی الکتریکی تولید کنند و این کارکرد در مورد کف جاده ها و وسایل نقلیه نیز وجود دارد ، جایی که میتوان از انرژی حاصل برای تأمین انرژی چراغ های خیابان و چراغ ها و تابلوهای راهنمایی استفاده کرد.
اگر از این مواد در یک مکان شلوغ استفاده شود، میتواند برای وسایل حتی بزرگتر نیز انرژی کافی تولید کند. اگرچه این به نظر عملی انقلابی میرسد ، اما واقعیت ناراحت کننده این است که انرژی تولید شده از این مواد تاکنون بسیار کم بود و کاربردهای واقعی آنها را به استفاده در تجهیزات کم انرژی محدود می کرد.
در واقع مواد پیزوالکتریک تاکنون انرژی بسیار کمی برای کاربردها در دنیای واقعی تولید می کردند، اما تکنیک جدید پژوهشگران هندی درهای جدیدی را به سوی کاربردهای واقعی وسیع تر باز کرده است.
" راهول وایش" یکی از محققان ارشد این تحقیق خاطرنشان کرد:ما روشی را توسعه داده ایم که بعنوان " قطبش درجه بندی شده " شناخته می شود تا توان تولیدی مواد پیزوالکتریک را بیش از ۱۰۰ برابر افزایش دهد.
پژوهشگران راهی برای تبدیل انواع فشارهای مکانیکی از جمله فشارهای خمشی، عمودی و کششی به انرژی برق پیدا کردند.
پیشرفت های قابل توجهی که از طریق این تکنیک جدید امکان پذیر است، دریچه ای را برای توسعه طرح های پیزوالکتریک در دنیای واقعی باز می کند که از نظر تئوریک قادر به تامین انرژی حمل و نقل شهری در مقیاس جهانی است.
مواد پیزوالکتریک- اگر با موفقیت به طور گسترده استفاده شوند و انرژی کافی تولید کنند- میتوانند برنامه های کاربردی بی شماری از جمله شارژ کردن تلفن های هوشمند با راه رفتن انسان داشته باشند.
در حال حاضر، پژوهشگران در تلاش هستند تا یافته های خود را بهبود بخشند و پیش بینی دقیق تری در مورد تأثیرات این روش جدید بر روی خواص مکانیکی مواد پیزوالکتریک به دست آورند.
این مطالعه یک اتفاق هیجان انگیز است، ولی هنوز خیلی مانده است تا تبدیل به یک واقعیت در دنیای واقعی برای سایر اشکال تولید انرژی در مقیاس بزرگ به شکل رایج و پایدار شود.
- 17
- 6
