211service.com
Elastīgās loksnes uztver enerģiju no kustības
Prinstonas universitātes pētnieki ir izveidojuši elastīgu materiālu, kas stresa apstākļos iegūst rekordlielu enerģijas daudzumu. Pētnieki saka, ka materiālu var iestrādāt apavu zolēs, lai darbinātu portatīvo elektroniku, vai pat novietot uz sirds slimnieka plaušām, lai uzlādētu elektrokardiostimulatoru, kad viņš elpo.
Pielāgojiet savu spēku: Prinstonas pētnieks tur silikona kvadrātu, kas iestrādāts ar kristāliska materiāla lenti, kas, saliekot, ģenerē elektrisko strāvu.
Enerģijas savākšanas gumija starp silikona gabaliņiem ievieto lentes no pjezoelektriskā materiāla, ko sauc par PZT. Mehāniski noslogojot, pjezoelektriskais materiāls ģenerē spriegumu, ko var izmantot elektriskās strāvas ražošanai; strāvu var arī pārvērst atpakaļ mehāniskā kustībā.
Gumijas materiāls var izmantot 80 procentus no izmantotās enerģijas, kad tas ir izliekts – četras reizes vairāk nekā esošie elastīgie pjezoelektriskie materiāli.
Elastīgums varētu izrādīties ļoti svarīgs, ja enerģijas ieguves tehnoloģija sāks darboties. Piemēram, militārpersonas kā enerģijas avotu izmēģināja stingras zoles pjezoelektriskos apavus, bet karavīri sūdzējās par sāpēm kājās. Un iepriekšējie elastīgie enerģijas savācēji, kuru pamatā ir pjezoelektriskie polimēri, nanovadi vai cita veida kristāli, radīja nelielu elektrisko strāvu.
PZT ir visefektīvākais zināmais pjezoelektriskais materiāls, taču tā kristāliskā struktūra nozīmē, ka tas jāaudzē augstā temperatūrā, kas parasti izkausē elastīgu substrātu. Prinstonas pētnieki, ko vadīja mašīnbūves profesors Maikls Makalpins , tika apiets, izgatavojot PZT augstā temperatūrā un pēc tam pārnesot plānas materiāla lentes uz silikona.
Pirmkārt, pētnieki apstrādā PZT ar ķīmisko kodināšanas vannu, kas no kristāla virsmas noņem plānu lenti. Pēc tam viņi izmanto polimēra zīmogu, lai paņemtu lenti un novietotu to uz silikona plēves, pirms to pārklāj ar otru silikona gabalu un aizzīmogo. Visi procesi, ko izmantojam elastīgu PZT lentu izgatavošanai, ir ārkārtīgi vienkārši un vienkārši, saka McAlpine. Būtiski, pētnieki atklāja, ka process neapdraud PZT enerģijas pārveidošanas efektivitāti.
Šonedēļ žurnālā aprakstītie koncepcijas pierādījumi Nano burti parāda, ka gumijas apvalkā esošās PZT lentes saglabā savu augsto jaudas pārveidošanas efektivitāti. McAlpine saka, ka vienkāršajam drukāšanas procesam vajadzētu viegli palielināties, lai izveidotu lielākas loksnes; viņš ir iesniedzis patentu šim procesam.
McAlpine īpaši koncentrējas uz materiāla biomedicīnas lietojumiem un saka, ka tas varētu samazināt operāciju skaitu, kas jāveic pacientiem ar implantiem. Piemēram, ārsti sākotnējās operācijas laikā varētu novietot elektroenerģiju ģenerējošu loksni pret plaušām; pastāvīga orgānu kustība varētu palīdzēt uzlādēt akumulatoru, saka Makalpins.
Džims Grotbergs , Mičiganas Universitātes ķirurģijas un biomedicīnas inženierijas profesors, saka, ka bezvadu uzraudzība un zāļu piegāde pacientiem ar hroniskām medicīniskām problēmām ir citi iespējamie pielietojumi. Ja jums ir sensors, kas uzrauga sirdsdarbības ātrumu, smadzeņu darbību vai asinsspiedienu, vai implantējama insulīna injekcijas sistēma, jums ir nepieciešams akumulators, viņš saka.
PZT pati par sevi nav bioloģiski saderīga — p nāk no svina ķīmiskā simbola, kas ir viena no tā sastāvdaļām kopā ar cirkoniju un titānu. Taču kristāla lentes ir pilnībā iekapsulētas silikonā – materiālā, ko ASV Pārtikas un zāļu pārvalde ir apstiprinājusi medicīniskiem implantiem.
Pat izmēģinājumi ar dzīvniekiem joprojām ir izeja. Bet Prinstonas pētnieki tagad no loksnēm izgatavo ierīču prototipus, lai pārbaudītu, cik daudz elektroenerģijas tās var saražot, ja tās ir iebūvētas apavos.