تولید برق از طریق رفتن!

به گزارش رمز من محققان به متد جدیدی دست یافته اند که می تواند ظرفیت تولید انرژی مواد پیزوالکتریک را به صورت قابل ملاحظه ای افزایش داده و بعنوان مثال از طریق رفتن انسان ها برق تولید نماید.

به گزارش رمز من به نقل از ایسنا و به نقل از آی ای، بر مبنای مطالعه اخیر انتشار یافته در مجله Engineering Reports، محققان متد جدیدی برای ساده سازی تولید برق از پیاده روی در خیابان بوجود آورده اند.
مواد پیزوالکتریک مدت هاست که وجود دارند، اما تولید انرژی کافی از آنها برای دستگاههای الکترونیکی بزرگ همچنان یک چالش باقی مانده است.
به صورت خاص، استفاده از مفهوم "قطبش درجه بندی شده" به مفهوم 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 خصوصیت های غیرمعمولی که برخی سرامیک ها و پلیمرها از خود نشان می دهند، پدیده پیزوالکتریک یا "اثر فشاربرقی" است.
بااعمال نیروی خارجی، دوقطبی های این سرامیک ها تحریک می شوند 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 همچون پیکاپ گرامافون، میکروفون ها، مولدهای ماوراء صوت و سنسورهای سونار از خاصیت پیزوالکتریک استفاده می نمایند. در پیکاپ گرامافون همچنان 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 پیش از ورود به بلندگو تقویت می شود. خاصیت پیزوالکتریک یک خصوصیت 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 می دهند، مواد پیزوالکتریک نامیده می شوند. اثر پیزوالکتریک در انواع خیلی از مواد همچون تک بلورها، سرامیک ها، بسپارها و مواد مرکب دیده می شود. تولید اختلاف پتانسیل الکتریکی در بعضی بلورهای نارسانا مثل کوارتز تحت کشش یا فشار معکوس هم اند و هرچه میزان فشار یا کشش بیش تر باشد، اختلاف پتانسیل ساخته شده بیش تر است. اثر پیزوالکتریک معکوس به مفهوم تغییر شکل آنها بر اثر اعمال اختلاف پتانسیل الکتریکی است. اگر دو وجه روبرویی در هر یک از این بلورها را به اختلاف پتانسیل متناوب الکتریکی وصل نماییم، تغییر شکل متناوبی در آن رخ می دهد و به ارتعاش در می آید.
حالا این تکنیک جدید می تواند تولید انرژی الکتریکی از طریق 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 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 پیشگیری از تغییرات اقلیمی نیست.
در نتیجه، دانشمندان در سرتاسر جهان در تلاش هستند تا روش های پاک و کم خطری برای تولید انرژی بیابند.
حالا محققان موسسه فناوری "مندی" هند در کوشش برای عرضه راهکارهای جدید، راهی جدید برای تولید برق از راه 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 می توان در شرایط مختلف استفاده نمود. بعنوان مثال، اگر بعنوان کاشی های کف نصب شوند، می توانند از راه راه رفتن انسان، انرژی الکتریکی تولید کنند و این کارکرد در مورد کف جاده ها و وسایل نقلیه هم وجود دارد، جایی که می توان از انرژی حاصل برای تأمین انرژی چراغ های خیابان و چراغ ها و تابلوهای راهنمایی بهره برد.
اگر از این مواد در یک مکان شلوغ استفاده شود، می تواند برای وسایل حتی بزرگتر هم انرژی کافی تولید نماید. باآنکه این به نظر عملی انقلابی می رسد، اما حقیقت ناراحت کننده این است که انرژی ساخته شده از این مواد تابحال خیلی کم بود و کاربردهای واقعی آنها را به استفاده در تجهیزات کم انرژی محدود می کرد.
در واقع مواد پیزوالکتریک تابحال انرژی بسیار کمی برای کاربردها در دنیای واقعی تولید می کردند، اما تکنیک جدید محققان هندی درهای جدیدی را به سمت کاربردهای واقعی وسیع تر باز کرده است.
"راهول وایش" یکی از محققان ارشد این تحقیق اظهار داشت: ما روشی را توسعه داده ایم که بعنوان "قطبش درجه بندی شده" شناخته می شود تا توان تولیدی مواد پیزوالکتریک را بیشتر از 100 برابر افزایش دهد.
محققان راهی برای تبدیل انواع فشارهای مکانیکی همچون فشارهای خمشی، عمودی و کششی به انرژی برق پیدا کردند.
پیشرفت های قابل توجهی که از راه 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 تأمین انرژی حمل و نقل شهری در مقیاس جهانی است.
مواد پیزوالکتریک -اگر با موفقیت به صورت گسترده استفاده شوند و انرژی کافی تولید کنند- می توانند برنامه های کاربردی بی شماری همچون شارژ کردن تلفن های هوشمند با راه رفتن انسان داشته باشند.
هم اکنون، محققان در تلاش هستند تا یافته های خویش را بهبود بخشند و پیشبینی دقیق تری در مورد تأثیرات این روش جدید بر روی خواص مکانیکی مواد پیزوالکتریک به دست آورند.
این مطالعه یک اتفاق هیجان انگیز است، اما هنوز خیلی مانده است تا تبدیل به یک حقیقت در دنیای واقعی برای سایر اشکال تولید انرژی در مقیاس بزرگ به شکل رایج و پایدار شود.

1399/09/24

14:09:30

5.0 / 5

1379

تگهای خبر: الكترونیك , انرژی , تولید , دانشمند

اگر مطلب را پسندیدید لایک کنید

(1)

(0)

تازه ترین مطالب مرتبط

نظرات بینندگان در مورد این مطلب

نظر شما در مورد این مطلب

نام:

ایمیل:

نظر:

سوال:

= ۹ بعلاوه ۱