Σε έναν κόσμο που διψάει για καθαρή ενέργεια, οι μηχανικοί δημιούργησαν ένα νέο υλικό που μετατρέπει τις μηχανικές δονήσεις σε ηλεκτρισμό, αξιοποιήσιμο για την τροφοδοσία αισθητήρων, από βηματοδότες μέχρι και αισθητήρες σε διαστημόπλοια. Πρώτο στο είδος του και αποτέλεσμα δεκαετής μελέτης από ερευνητές του Πανεπιστημίου του Waterloo και του...
Σε έναν κόσμο που διψάει για καθαρή ενέργεια, οι μηχανικοί δημιούργησαν ένα νέο υλικό που μετατρέπει τις μηχανικές δονήσεις σε ηλεκτρισμό, αξιοποιήσιμο για την τροφοδοσία αισθητήρων, από βηματοδότες μέχρι και αισθητήρες σε διαστημόπλοια.
Πρώτο στο είδος του και αποτέλεσμα δεκαετής μελέτης από ερευνητές του Πανεπιστημίου του Waterloo και του Πανεπιστημίου του Τορόντο, το νέο πιεζοηλεκτρικό σύστημα είναι συμπαγές, αξιόπιστο, χαμηλού κόστους και πολύ, πολύ πράσινο.
“Το επίτευγμά μας θα έχει σημαντικό κοινωνικό και οικονομικό αντίκτυπο μειώνοντας την εξάρτησή μας από μη ανανεώσιμες πηγές ενέργειας”, δήλωσε ο Asif Khan, ερευνητής του Waterloo και συν-συγγραφέας της νέας μελέτης για το έργο. “Χρειαζόμαστε αυτά τα υλικά που παράγουν ενέργεια πιο κρίσιμα αυτή τη στιγμή από οποιαδήποτε άλλη στιγμή στην ιστορία”.
Το σύστημα που ανέπτυξαν ο Khan και οι συνάδελφοί του βασίζεται στο πιεζοηλεκτρικό φαινόμενο, το οποίο παράγει ηλεκτρικό ρεύμα εφαρμόζοντας πίεση – οι μηχανικές δονήσεις είναι ένα παράδειγμα – σε μια κατάλληλη ουσία.
Πιεζοηλεκτρική συσκευή που παράγει ενέργεια από δονήσεις
Το φαινόμενο ανακαλύφθηκε το 1880, και έκτοτε, ένας περιορισμένος αριθμός πιεζοηλεκτρικών υλικών, όπως ο χαλαζίας και τα άλατα Rochelle, έχουν χρησιμοποιηθεί σε τεχνολογίες που κυμαίνονται από το σόναρ και την απεικόνιση με υπερήχους έως τις συσκευές μικροκυμάτων.
Το πρόβλημα είναι ότι μέχρι σήμερα, τα παραδοσιακά πιεζοηλεκτρικά υλικά που χρησιμοποιούνται σε εμπορικές συσκευές είχαν περιορισμένη ικανότητα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Χρησιμοποιούν επίσης συχνά μόλυβδο, τον οποίο ο Khan περιγράφει ως “επιβλαβή για το περιβάλλον και την ανθρώπινη υγεία”.
Οι ερευνητές έλυσαν και τα δύο προβλήματα.
Ξεκίνησαν με την ανάπτυξη ενός μεγάλου μονοκρυστάλλου μιας μοριακής ένωσης μετάλλου-χαλκιδίου που ονομάζεται EDABCO χλωριούχος χαλκός χρησιμοποιώντας το φαινόμενο Jahn-Teller, μια γνωστή έννοια της χημείας που σχετίζεται με την αυθόρμητη γεωμετρική παραμόρφωση ενός κρυσταλλικού πεδίου.
EDABCO – CuCl14
Ο Khan δήλωσε ότι αυτό το εξαιρετικά πιεζοηλεκτρικό υλικό χρησιμοποιήθηκε στη συνέχεια για την κατασκευή νανογεννητριών“με πυκνότητα ισχύος ρεκόρ που μπορούν να συλλέγουν μικροσκοπικές μηχανικές δονήσεις σε οποιεσδήποτε δυναμικές συνθήκες, από την ανθρώπινη κίνησημέχρι τα αυτοκίνητα“. Η διαδικασία παραγωγής τους δεν απαιτεί ούτε μόλυβδο ούτε μη ανανεώσιμη ενέργεια.
Η νανογεννήτρια είναι μικροσκοπική – 2,5 τετραγωνικά εκατοστά και έχει περίπου το πάχος μιας επαγγελματικής κάρτας – και θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί βολικά σε αμέτρητες καταστάσεις. Έχει τη δυνατότητα να τροφοδοτεί αισθητήρες σε ένα τεράστιο φάσμα ηλεκτρονικών συσκευών, συμπεριλαμβανομένων δισεκατομμυρίων που απαιτούνται για το λεγόμενο Internet of Things — το αναπτυσσόμενο παγκόσμιο δίκτυο αντικειμένων που ενσωματώνουν αισθητήρες και λογισμικό που συνδέονται και ανταλλάσσουν δεδομένα με άλλες συσκευές.
Ο Δρ. Dayan Ban, ερευνητής στο Ινστιτούτο Νανοτεχνολογίας του Waterloo, δήλωσε ότι στο μέλλον, οι δονήσεις ενός αεροσκάφους θα μπορούσαν να τροφοδοτούν τα συστήματα αισθητηριακής παρακολούθησης ή ο καρδιακός παλμός ενός ατόμου θα μπορούσε να διατηρεί σε λειτουργία τον βηματοδότη του χωρίς μπαταρία.
“Το νέο μας υλικό έχει δείξει επιδόσεις που σπάνε ρεκόρ“, δήλωσε ο Ban, καθηγητής Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών. “Αντιπροσωπεύει μια νέα πορεία προς τα εμπρός σε αυτόν τον τομέα”.
Παραπομπές:
Sasa Wang, Asif Abdullah Khan, Sam Teale, Jian Xu, Darshan H. Parmar, Ruyan Zhao, Luke Grater, Peter Serles, Yu Zou, Tobin Filleter, Dwight S. Seferos, Dayan Ban, Edward H. Sargent. Large piezoelectric response in a Jahn-Teller distorted molecular metal halide. Nature Communications, 2023; 14 (1) DOI: 10.1038/s41467-023-37471-3
Χρησιμοποιούμε cookies στον ιστότοπό μας για να σας προσφέρουμε την πιο κατάλληλη εμπειρία, καθώς θυμόμαστε τις προτιμήσεις σας και τις επαναλαμβανόμενες επισκέψεις σας. Κάνοντας κλικ στην επιλογή "Αποδοχή όλων", συναινείτε στη χρήση ολων των cookies. Ωστόσο, κάνοντας κλικ στην επιλογή "Απόρριψη όλων", συναινείτε στη μη καταγραφή προτιμήσεων.
This website uses cookies to improve your experience while you navigate through the website. Out of these, the cookies that are categorized as necessary are stored on your browser as they are essential for the working of basic functionalities of the website. We also use third-party cookies that help us analyze and understand how you use this website. These cookies will be stored in your browser only with your consent. You also have the option to opt-out of these cookies. But opting out of some of these cookies may affect your browsing experience.
Necessary cookies are absolutely essential for the website to function properly. These cookies ensure basic functionalities and security features of the website, anonymously.
Cookie
Duration
Description
cookielawinfo-checkbox-analytics
11 months
This cookie is set by GDPR Cookie Consent plugin. The cookie is used to store the user consent for the cookies in the category "Analytics".
cookielawinfo-checkbox-functional
11 months
The cookie is set by GDPR cookie consent to record the user consent for the cookies in the category "Functional".
cookielawinfo-checkbox-necessary
11 months
This cookie is set by GDPR Cookie Consent plugin. The cookies is used to store the user consent for the cookies in the category "Necessary".
cookielawinfo-checkbox-others
11 months
This cookie is set by GDPR Cookie Consent plugin. The cookie is used to store the user consent for the cookies in the category "Other.
cookielawinfo-checkbox-performance
11 months
This cookie is set by GDPR Cookie Consent plugin. The cookie is used to store the user consent for the cookies in the category "Performance".
viewed_cookie_policy
11 months
The cookie is set by the GDPR Cookie Consent plugin and is used to store whether or not user has consented to the use of cookies. It does not store any personal data.
Functional cookies help to perform certain functionalities like sharing the content of the website on social media platforms, collect feedbacks, and other third-party features.
Performance cookies are used to understand and analyze the key performance indexes of the website which helps in delivering a better user experience for the visitors.
Analytical cookies are used to understand how visitors interact with the website. These cookies help provide information on metrics the number of visitors, bounce rate, traffic source, etc.
Advertisement cookies are used to provide visitors with relevant ads and marketing campaigns. These cookies track visitors across websites and collect information to provide customized ads.