211service.com
Lanksčios paklodės fiksuoja judėjimo energiją
Prinstono universiteto mokslininkai sukūrė lanksčią medžiagą, kuri patiria rekordinį energijos kiekį. Tyrėjai teigia, kad medžiaga gali būti įdėta į batų padus, kad būtų galima maitinti nešiojamąją elektroniką, arba net ant širdies paciento plaučių, kad būtų galima įkrauti širdies stimuliatorių jam kvėpuojant.
Išplėskite savo galią: Prinstono tyrinėtojas laiko silikono kvadratą, įdėtą kristalinės medžiagos juostele, kuri lenkiant generuoja elektros srovę.
Energiją surenkanti guma tarp silikono gabalėlių sumuša pjezoelektrinės medžiagos, vadinamos PZT, juosteles. Esant mechaniniam įtempimui, pjezoelektrinė medžiaga sukuria įtampą, kurią galima panaudoti elektros srovei gaminti; srovė taip pat gali būti paversta atgal į mechaninį judėjimą.
Gumos medžiaga gali panaudoti 80 procentų energijos, kurią ji sulenkia – keturis kartus daugiau nei esamos lanksčios pjezoelektrinės medžiagos.
Lankstumas gali būti gyvybiškai svarbus, jei norima, kad energijos surinkimo technologija įsigalėtų. Pavyzdžiui, kariškiai išbandė kietu padu pjezoelektrinius batus kaip energijos šaltinį, tačiau kariai skundėsi pėdų skausmais. Ankstesni lankstūs energijos surinkėjai, pagrįsti pjezoelektriniais polimerais, nanolaidais ar kitų tipų kristalais, tiekė mažai elektros srovės.
PZT yra efektyviausia žinoma pjezoelektrinė medžiaga, tačiau jos kristalinė struktūra reiškia, kad ji turi būti auginama aukštoje temperatūroje, kuri paprastai išlydo lankstų substratą. Prinstono mokslininkai, vadovaujami mechanikos inžinerijos profesoriaus Michaelas McAlpinas , tai pavyko apeiti gaminant PZT aukštoje temperatūroje ir perkeliant plonas medžiagos juosteles ant silikono.
Pirma, mokslininkai apdoroja PZT cheminio ėsdinimo vonia, kuri pašalina ploną juostelę nuo kristalo paviršiaus. Tada jie naudoja polimerinį antspaudą, kad paima juostelę ir uždeda ją ant silikoninės plėvelės, prieš padengdami antruoju silikono gabalu ir užsandarindami. Visi procesai, kuriuos naudojame kurdami lanksčias PZT juosteles, yra labai paprasti ir nesudėtingi, sako McAlpine. Svarbiausia, kad mokslininkai nustatė, kad šis procesas nepakenkia PZT energijos konversijos efektyvumui.
Šią savaitę žurnale aprašyti koncepcijos įrodymo testai Nano raidės parodyti, kad guma aptrauktos PZT juostelės išlaiko didelį galios konversijos efektyvumą. McAlpine sako, kad paprastas spausdinimo procesas turėtų būti lengvai išplėstas, kad būtų pagaminti didesni lapai; jis pateikė patentą šiam procesui.
„McAlpine“ ypač daug dėmesio skiria šios medžiagos biomedicininiam pritaikymui ir teigia, kad tai gali sumažinti operacijų, kurias turi atlikti pacientai su implantais, skaičių. Pavyzdžiui, pradinės operacijos metu gydytojai gali uždėti elektros energiją gaminančią paklodę prieš plaučius; nuolatinis organų judėjimas gali padėti įkrauti bateriją, sako McAlpine.
Jimas Grotbergas Mičigano universiteto chirurgijos ir biomedicinos inžinerijos profesorius teigia, kad belaidis stebėjimas ir vaistų pristatymas pacientams, turintiems lėtinių sveikatos problemų, yra kitos galimos programos. Jei turite jutiklį, kuris stebi širdies ritmą, smegenų veiklą ar kraujospūdį, arba implantuojamą insulino įpurškimo sistemą, jums reikia baterijos, sako jis.
Pats PZT nėra biologiškai suderinamas – p kilęs iš cheminio švino simbolio, vieno iš jo komponentų kartu su cirkoniu ir titanu. Tačiau krištolinės juostelės yra visiškai įdėtos į silikoną – medžiagą, kurią JAV maisto ir vaistų administracija patvirtino medicininiams implantams.
Net bandymai su gyvūnais vis dar yra išeitis. Tačiau Prinstono mokslininkai dabar gamina prietaisų prototipus iš lakštų, kad patikrintų, kiek elektros energijos jie gali pagaminti, kai yra įmontuoti į batus.