ساخت نانوژنراتور انعطاف پذیر پیزوالکتریک در پژوهشگاه نیرو

بهگزارش برنا از  پژوهشگاه نیرو، پژوهشگران گروه پژوهشی ابزار دقیق پژوهشگاه نیرو به کمک محققان دانشگاه صنعتی امیرکبیر در تحقیقات آزمایشگاهی خود موفق به تولید نانوژنراتورهای انعطاف پذیر شدند. این ادوات نانومقیاس قادرند حرکات مکانیکی کوچک مانند ارتعاشات یا حرکات بدن را به انرژی الکتریکی قابل استفاده در وسایل الکترونیکی تبدیل کنند.

امروزه استفاده از تجهیزات الکترونیکی به بخش جدایی‌ناپذیر از زندگی جوامع امروزی تبدیل شده است. این تجهیزات نیاز به منبع انرژی دارند و باتری‌ها دارای ظرفیت محدودی برای روشن نگه‌داشتن این تجهیزات هستند. ازاین‌رو ادواتی با قابلیت تبدیل یک نوع انرژی به انرژی الکتریکی در حال محبوب شدن هستند.

دکتر پریسا فخری، محقق دوره پسادکتری پژوهشگاه نیرو ، با اشاره به مواد پیزوالکتریک به‌عنوان موادی با قابلیت تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی، هدف از انجام این طرح را بهره‌گیری حداکثری از این نوع مواد عنوان کرد و افزود: «در طرح حاضر از یک ساختار ترکیبی در جهت تولید یک نانوژنراتور انعطاف‌پذیر استفاده شده است که از کاربردهای آن می‌توان به عنوان برداشت کننده‌ی انرژی محیطی در صنعت برق جهت برداشت انرژی از انرژی‌های هدر رفت محیطی مانند باد و جریان آب، به عنوان حسگر پیزوالکتریک منعطف در صنایع الکترونیک، به عنوان منسوجات هوشمند در البسه هوشمند با قابلیت شارژ وسایل الکترونیکی قابل حمل از طریق حرکات مکانیکی بدن و در پزشکی به عنوان حسگرهای مراقبت و نظارت بر علائم حیاتی بدن، سنسورهای قابل کاشت در بدن، برداشت کننده انرژی قابل کاشت در بدن اشاره کرد.»

وی ادامه داد: «تولید این نانوژنراتور با یک روش مقرون‌به‌صرفه صورت گرفته است، ضمن اینکه در مقایسه با نمونه‌های مشابه از کارایی بالاتری در تبدیل انرژی مکانیکی به الکتریکی برخوردار است.»

این محقق تصریح کرد: «در ساختار این نانوژنراتور از پلیمر انعطاف‌پذیر PVDF و نانومیله‌های اکسید روی استفاده شده است.. حضور این دو ماده در کنار هم موجب افزایش خواص پیزوالکتریک و انعطاف‌پذیری می‌گردد. ضمن اینکه استفاده از فناوری الکتروریسی موجب کاهش مراحل تولید و در نتیجه کاهش هزینه تمام‌شده این نانوساختار شده است.»

فخری در رابطه با مزایای فراوان استفاده از فناوری الکتروریسی در تولید این نانوساختار گفت: «استفاده در روش‌های معمول در تولید ساختارهای پیزوالکتریک از یک سری پسا فرایند موسوم به کشش و پلاریزه استفاده می‌شود که هزینه‌بر و طولانی است، و همچنین محدودیت‌هایی در ساخت، الکترودگذاری و ابعاد این ادوات ایجاد می‌کند؛ درصورتی‌که در استفاده از فناوری الکتروریسی ضمن کاهش زمان و هزینه فرایند تولید و همچنین رفع محدودیت‌های پیشین، موجب گسترش کاریرد این نانوساختار نیز می‌شود.»

خروجی بالا و انعطاف‌پذیری از پارامترهای مهم در طراحی نانوژنراتورها است. در این پروژه با ترکیب دو ماده پیزوالکتریک، یک نانوژنراتور هیبریدی طراحی شده است که علاوه بر آن‌که خروجی بالا و انعطاف‌پذیری خوبی دارد، فرایند تولید آن ساده‌تر است و نیاز به عملیات تکمیلی ندارد و بنابراین بهای تمام شده‌ی آن کمتر است.

وی به قابلیت تجاری سازی این طرح اشاره کرد و گفت این طرح از قابلیت بالایی برای تجاری سازی برخوردار است. این طرح تاکنون در مقیاس آزمایشگاهی انجام شده است و برای دستیابی به تولید صنعتی باید برآوردی از توجیه اقتصادی ، عملکرد و قیمت نانوژنراتور تهیه شده صورت بگیرد.

این پژوهش در قالب طرح "حمایت از پژوهشگران پسادکتری" پژوهشگاه نیرو برای حمایت مالی و فنی از فعالیت‌های پژوهشی مرتبط با صنعت برق انجام شده است و حاصل همکاری دکتر پریسا فخری- محقق دوره پسادکتری، بابک امینی و ندایاوری - محققان پژوهشگاه نیرو، دکتر روح‌الله باقر زاده و دکتر مسعود لطیفی- اعضای هیأت علمی دانشگاه صنعتی امیرکبیر و دکتر محمد کشفی – عضو هیأت علمی دانشگاه آیت‌الله بروجردی است. نتایج این کار در مجله‌ RSC advances با ضریب تأثیر 3.049 ( جلد 9، شماره 18، سال 2019، صفحات 10117 تا 10123) به چاپ رسیده است