محققان به روش جديدي دست يافته اند كه مي تواند ظرفيت توليد انرژي مواد پيزوالكتريك را به طور چشمگيري افزايش داده و به عنوان مثال از راه رفتن انسان ها برق توليد كند.
محققان روش جديدي براي ساده سازي توليد برق از راه رفتن در خيابان ايجاد كرده اند. مواد پيزوالكتريك مدت هاست كه وجود دارند، اما توليد انرژي كافي از آنها براي دستگاه هاي الكترونيكي بزرگ همچنان يك چالش باقي مانده است. به طور خاص، استفاده از مفهوم “قطبش درجه بندي شده” به معني استفاده از انواع مختلف فشارهاي مكانيكي بر روي يك ماده پيزوالكتريك، نويد توليد انرژي بيشتري را از آنچه قبلا تصور مي شد، داده است. در ادامه اين مطلب از مجله دلتا درباره اين تحقيقات جديد بخوانيد.
يكي از ويژگي‌هاي غيرمعمولي كه برخي سراميك‌ها و پليمرها از خود نشان مي‌دهند، پديده پيزوالكتريك يا “اثر فشاربرقي” است. بااعمال نيروي خارجي، دوقطبي‌هاي اين سراميك‌ها تحريك مي‌شوند و ميدان الكتريكي ايجاد مي‌شود. وارونه كردن اثر نيرو (مثلاً از كششي به فشاري) جهت ميدان را معكوس مي‌كند.
از مواد پيزوالكتريك در مبدل‌ها و وسايلي كه انرژي الكتريكي را به انرژي مكانيكي تبديل مي‌كنند يا برعكس استفاده مي‌شود. كاربردهاي نام‌آشنايي از جمله پيكاپ گرامافون، ميكروفون‌ها، مولدهاي ماورا صوت و حسگرهاي سونار از خاصيت پيزوالكتريك استفاده مي‌كنند. در پيكاپ گرامافون همچنان كه قلم، شيارهاي ركورد را مي‌پيمايد يك اختلاف فشار به ماده پيزوالكتريك موجود در پيكاپ وارد مي‌شود كه نهايتا به سيگنال الكتريكي تبديل مي‌شود. اين سيگنال قبل از ورود به بلندگو تقويت مي‌شود. خاصيت پيزوالكتريك يك ويژگي مواد كريستالي داراي ساختار پيچيده بدون تقارن است. رفتار پيزوالكتريك يك پلي‌كريستال به وسيله گرم كردن بالاتر از دماي كوري و سپس خنك كردن تا دماي اتاق در مجاورت ميدان الكتريكي قوي بهبود مي‌يابد.
اثر پيزوالكتريك توانايي برخي مواد براي تبديل انرژي مكانيكي به انرژي الكتريكي و تبديل انرژي الكتريكي به انرژي مكانيكي است. اين اثر را برادران كوري، “پير و ژاك كوري” در دهه ۱۸۸۰ كشف كردند. موادي كه اين پديده را از خود بروز مي‌دهند، مواد پيزوالكتريك ناميده مي‌شوند. اثر پيزوالكتريك در انواع بسياري از مواد از جمله تك بلورها، سراميك‌ها، بسپارها و مواد مركب ديده مي‌شود. توليد اختلاف پتانسيل الكتريكي در برخي بلورهاي نارسانا مثل كوارتز تحت كشش يا فشار معكوس هم‌اند و هرچه ميزان فشار يا كشش بيشتر باشد، اختلاف پتانسيل توليد شده بيشتر است. اثر پيزوالكتريك معكوس به معني تغيير شكل آنها بر اثر اعمال اختلاف پتانسيل الكتريكي است. اگر دو وجه روبرويي در هر يك از اين بلورها را به اختلاف پتانسيل متناوب الكتريكي وصل كنيم، تغيير شكل متناوبي در آن رخ مي‌دهد و به ارتعاش در مي‌آيد.
محققان آرايش جهت قطبش جديدي را براي مواد پيزوالكتريك پيشنهاد كردند كه به منظور افزايش توان خروجي چنين مواد پيشرفته اي طراحي شده است تا در هنگام قرار گرفتن در معرض فشار، انرژي مكانيكي و انرژي الكتريكي را با نرخ بهره وري بالايي به يكديگر تبديل كنند. از مواد پيزوالكتريك مي توان در شرايط مختلف استفاده كرد. به عنوان مثال، اگر به عنوان كاشي هاي كف نصب شوند، مي توانند به توليد برق از راه رفتن منجر شود و اين كاركرد در مورد كف جاده ها و وسايل نقليه نيز وجود دارد، جايي كه مي توان از انرژي حاصل براي تأمين انرژي چراغ هاي خيابان و چراغ ها و تابلوهاي راهنمايي استفاده كرد.
اگر از اين مواد در يك مكان شلوغ استفاده شود، مي تواند براي وسايل حتي بزرگتر نيز انرژي كافي توليد كند. اگرچه اين به نظر عملي انقلابي مي رسد، اما واقعيت ناراحت كننده اين است كه انرژي توليد شده از اين مواد تاكنون بسيار كم بود و كاربردهاي واقعي آنها را به استفاده در تجهيزات كم انرژي محدود مي كرد.
پيشرفت هاي قابل توجهي كه از طريق اين تكنيك جديد امكان پذير است، دريچه اي را براي توسعه طرح هاي پيزوالكتريك در دنياي واقعي باز مي كند كه از نظر تئوري قادر به تامين انرژي حمل و نقل شهري در مقياس جهاني است.
پيشنهاد مطالعه: براي مطالعه بيشتر مطلب «پوست هاي الكترونيكي از نور خورشيد انرژي مي گيرند» را بخوانيد.
همچنين بخوانيد:
نيروگاه خورشيدي فضايي : منبع توليد انرژي آينده
ورود به قدرتمندترين چرخه خورشيدي
كاغذ برقي : توليد كاغذي كه مي تواند برق ذخيره كند
پوست هاي الكترونيكي از نور خورشيد انرژي مي گيرند
با مجله دانستني دلتا همراه باشيد