محققين نوع جديدي از يك ژنراتور الكتريكي كوچك-مقياس را توليد كرده اند كه از طريق كشش و رهاسازي دوره اي سيم هاي اكسيد روي - قرار گرفته درون يك زيرلايه ي پلاستيكي قابل انعطاف با دو سر مقيد شده - جريان متناوب توليد مي نمايد.

به گزارش خبرگزاري برق، الكترونيك و كامپيوتر ايران (الكترونيوز)، اين ژنراتور "تلمبه بار قابل انعطاف" جديد، نسل چهارم قطعاتي است كه براي توليد جريان الكتريكي با استفاده از ويژگي هاي فيزوالكتريك ساختارهاي اكسيد روي، جهت مهار انرژي مكانيكي از محيط، طراحي شده اند. گزارش توسعه ي آن در نسخه ي آنلاين 9 نوامبر 2008 مجله ي نيچر نانوتكنولوژي منتشر گشته است.

ژونگ لين وانگ، استاد رجنت و مدير مركز مشخصه نمايي نانوساختار موسسه ي فن آوري جئورجيا،گفت: "اين تلمبه ي بار قابل انعطاف، انتخاب ديگري را براي تبديل انرژي مكانيكي به انرژي الكتريكي ارائه مي دهد و به خانواده ي ژنراتورهاي بسيار كوچك-مقياس ما افزوده مي شود كه قادر به تغذيه ي دستگاه هاي به كار رفته در حسگرهاي پزشكي، نظارت محيطي، فن آوري دفاع و الكترونيك شخصي مي باشد."

اين ژنراتور جديد مي تواند حداكثر ولتاژ خروجي نوساني برابر با 45 ميلي ولت را توليد نمايد، كه تقريبا هفت درصد از انرژي مكانيكي است كه مستقيما به سيم هاي اكسيد روي اعمال و به الكتريسيته تبديل شده است. اين تحقيق توسط دپارتمان انرژي امريكا، بنياد ملي علوم، دفتر تحقيقات علمي نيروي هوايي و مركز ايموري-جئورجيا تك پشتيباني شده است.

نانوژنراتورهاي نانوسيم و نانوژنراتورهاي ميكروفيبر پيشيني كه توسط وانگ و گروه تحقيقاتي اش توسعه داده شده اند، بستگي به تماس متناوب بين نانوسيم هاي اكسيد روي به صورت عمودي رشد داده شده و يك الكترود، يا سايش مكانيكي فيبرهاي پوشيده با نانوسيم ها داشتند. ساخت اين دستگاه ها دشوار بود، و تماس مكانيكي مورد نياز موجب فرسودگي مي شد كه مدت زمان كاركرد آن ها را محدود مي كرد. و از آن جا كه اكسيد روي در آب قابل حل است، آن ها بايد در برابر رطوبت محافظت مي شدند.

وانگ گفت: "تلمبه ي بار قابل انعطاف جديد ما چندين موضوع كليدي مبوط به ژنراتورهاي قبلي ما را حل مي كند. اين طراحي جديد ستبرتر و قوي تر خواهد بود، كه مشكل نقوذ رطوبت و فرسودگي ساختارها را از بين مي برد. از ديدگاه عملي، اين يك مزيت بزرگ خواهد بود."

براي افزايش جريان توليدي، آرايه هايي از تلمبه هاي بار قابل انعطاف مي توانند ساخته و در يك رديف به هم متصل شوند. لايه هاي گوناگوني از ژنراتورها نيز مي توانند روي هم ساخته شوند و واحدهايي را شكل دهند كه مي توانند بعدا درون لباس، پرچم ها، دكواسيون ساختمان، كفش ها جاسازي شوند - يا حتي در بدن براي تغذيه ي حسگرهاي فشار خون و ديگر حسگرها كاشته شوند.

زماني كه اين واحدها به شكل مكانيكي كشيده شده و آزاد مي شوند، به علت ويژگي هاي فيزوالكتريك، ماده ي اكسيد روي يك پتانسيل فيزوالكتريك را توليد مي كند كه به طور متناوب ساخته شده و سپس آزاد مي شود. يك سد شاتكي، شار متناوب الكترون ها را كنترل مي كند، و پتانسيل فيزوالكتريك نيروي پيش راننده ي تلمبه ي بار مي باشد.

اين ژنراتور جديد كه با سيم هاي خوب فيزوالكتريك اكسيد روي به قطري برابر با سه تا پنج ميكرون و طول 200 تا 300 ميكرون ساخته شده است، ديگر به ساختارهايي در مقياس نانومتري وابسته نمي باشد. ابعاد بزرگ تر جهت ساخت آسان تر آن انتخاب شده است، اما به گفته ي وانگ اين اصول مي تواند در مقياس نانومتري نيز اعمال گردد.

وي گفت: "نيازي به مواد نانومقياس براي كار كردن آن نيست. فيبرهاي بزرگ تر بهتر كار مي كنند و كار با آن ها براي ساخت اين قطعات آسان تر است. اما امكان اعمال اصل يكساني در مقياس نانومتري نيز وجود دارد."

اين سيم ها با استفاده از يك روش ته نشيني تبخير فيزيكي در دماي تقريبي 600 درجه ي سلسيوس كشت مي شوند. سپس با استفاده از يك ميكروسكوپ نوري، اين سيم ها روي يك لايه ي پلييميد قرار مي گيرند و چسب نقره اي به هر دو انتها متصل مي شود كه به عنوان الكترود عمل مي كنند. سپس اين سيم ها و الكترودها در روكشي از پلييميد قرار مي گيرند تا آن ها را از فرسودگي و افت محيطي محافظت نمايد.

محققين براي اندازه گيري انرژي الكتريكي توليدي، سيم هاي اكسيد روي را به خمش مكانيكي متناوبي كه با استفاده از يك بازوي مكانيكي موتوري ايجاد شده بود، متصل كردند. اين خمش شامل يك كشش قابل انبساط بود كه يك ميدان پتانسيل فيزوالكتريك را در راستاي سيم هاي بسته بندي شده به صورت جانبي ايجاد مي كرد، كه به نوبه ي خود موجب رانش جرياني از الكترون ها درون مدار خارجي مي شد و چرخه ي شارژ و دشارژ متناوبي - و شار جرياني مربوطه - را ايجاد مي كرد.

افزايش سرعت كشش موجب افزايش مقدار الكتريسيته ي خروجي، هم در ولتاژ و هم در جريان - مي شد. وانگ معتقد است كه فركانس جريان تنها توسط ويژگي هاي مكانيكي زيرلايه ي پلييميد محدود مي شود.

محققين تعدادي آزمايش انجام دادند تا بررسي كنند كه جريان اندازه گيري شده توسط ژنراتور توليد شده است - و نه يك محصول اندازه گيري خارجي. با استفاده از نصب آزمايشي يكساني، آن ها فيبرهاي كربني و فيبرهاي كولار - Kevlar - پوشيده با اكسيد روي چندبلوري را كشش دادند و شار جرياني را مشاهده نكردند. به گفته ي وانگ، اين گروه تحقيقاتي دو معيار و هشت آزمايش را نيز براي بررسي عدم تاثير وسايل آزمايشي انجام دادند.

وانگ براي آينده ي پيش روي خود، خانواده اي از ژنراتورهاي كوچك-مقياس را در نظر دارد كه امكان توسعه ي سيستم هاي حسگر بي سيم خود-تغذيه ي كلاس جديدي را مهيا سازند. اين دستگاه ها مي توانند اطلاعات را جمع آوي كرده، آن را ذخيره نموده و داده ها را مخابره نمايند - و همه ي اين ها بدون وجود منبع توان خارجي خواهد بود.

وي گفت: "نانوفن آوري خود-تغذيه مي تواند پايه اي براي يك صنعت جديد باشد. در واقع اين تنها راه براي ساخت سيستم هاي مستقل مي باشد."

لینک دائمی | نسخه مناسب چاپ | ارسال لينك اين صفحه به دوستان |